Повышение эффективности холодильных установок с компрессорами BITZER. Битцер компрессор


Технические публикации

В предыдущих публикациях о новой интеллектуальной системе механического регулирования производительности CRII поршневых компрессоров БИТЦЕР был сделан детальный анализ конструкции клапанов этой системы, логики её управления, а также были рассмотрены преимущества системы CRII по сравнению с другими современными способами регулирования производительности. Вспомним наиболее важные из них.

1.  Выигрышные преимущества системы CRII

Работает новый CRII клапан аналогично своему предшественнику - клапану CR. При подаче питания на соленоид 1 открывается перепускной канал 2, по которому газ высокого давления из порта нагнетания 5 перетекает во внутренний цилиндр клапана. В нём под действием газа нагнетания перемещается исполнительный поршень 3 и закрывает окно всасывания 4 на клапанной доске.

Новый CRII клапан имеет ещё более высокую надёжность, больший ресурс включений. Он специально спроектирован для частого включения/выключения, т.е. для функционирования в пульсирующем режиме. 

 

3. Концепция регулирования CRII

В отличие от системы CR новая система предусматривает установку CRII клапана на каждую головку цилиндров: два клапана на четырехцилиндровые и три на шестицилиндровые компрессоры.

Обеспечивается бесступенчатый режим регулирования производительности компрессора за счёт имеющейся у CRII клапанов возможности функционировать длительное время в пульсирующем режиме: часто включаться и выключаться с минимальным периодом 10 сек. – 5 сек – «включен», 5 сек – «выключен».

На рисунках ниже показаны расположение клапанов CRII, а также в таблицах приведён алгоритм включения и режимов их работы  в зависимости от требуемой холодопроизводительности.

Системой CRII оснащаются и восьмицилиндровые компрессоры БИТЦЕР. Они могут быть оснащены только двумя клапанами CRII(1) и CRII(2), устанавливаемые на противоположные друг другу боковые головки цилиндров. С их помощью обеспечивается возможность плавного регулирования производительности в диапазоне 100% .. 50%.

Все клапаны CRII, независимо от того, в каком режиме включения - пульсирующем или длительном дискретном - они функционируют, идентичны по конструкции. В связи с этим, для обеспечения равномерного расходования их ресурса целесообразно настроить систему управления таким образом, чтобы через определённые периоды работы компрессора они изменяла режим включения клапанов CRII.

4. Особенности функционирования CRII

Текущее значение производительности компрессора при такой системе регулирования определяется как интегральное значение, определяемое соотношением времени включения и времени выключения работающего в пульсирующем режиме клапана CRII, а также времени включения и выключения клапанов, работающих в дискретном режиме за определённый период работы компрессора. Частота включений и длительность периодов «включение/выключение» для клапана CRII, работающего в пульсирующем режиме, определяется текущем значением требуемой производительности компрессора.

Чем ближе к заданному контроллером значению подходит текущая величина отслеживаемого параметра, тем меньше требуется производительность компрессора, тем включения его пульсирующего клапана CRII происходит на более длительный промежуток времени. После того, как компрессор проработает со всеми включёнными CRII клапанами (т.е. с нулевой производительностью) 2 минуты, происходит его выключение.

table

 Если потребление энергии при дифференциале нейтральной зоны 0,2 бар взять за 100%, то при дифференциале нейтральной зоны 0,6 бар оно уже на 10% выше.

 

5.      Управление работой компрессора с системой CRII контроллерами 

В настоящее время для управления работой клапанов системы регулирования производительности CRII можно использовать следующие электронные модули.

   

Этот инновационный модуль управляет тремя (или двумя) катушками соленоидных клапанов регулирования производительности CRII – интегрального решения, позволяющего адаптировать производительность компрессора к текущей нагрузке на испарители и конденсаторы. Причём, управляющий  0-10 V (4-20 mA) аналоговый сигнал от контроллера установки поступает на модуль CM-RC-01  через шину Modbus.

CM-RC-01

 

Также, осуществлять управление работой компрессора с системой CRII можно адаптированными электронными контроллерами различных производителей. Наиболее оптимальным и доступным на нашем рынке является многофункциональные контроллеры Carel, Danfoss и Eliweil. Логика управления и прошивка исходными данными для работы с системой CRII совместно разрабатывалась специалистами Carel, Danfoss, Eliweil и BITZER. В настоящее время эта работа успешно завершена. Контроллеры этого семейства есть в наличии у российских дилеров Carel, Danfoss и Eliweil.

 

5.2. Carel pRACK300 

carel

В зависимости от конфигурации контроллер pR300 может управлять как одним компрессором BITZER с системой CRII, так и многокомпрессорной централью, в состав которой входит несколько стандартных компрессоров и один компрессор с CRII. Более того, с помощью контроллера pR300 можно регулировать производительность:

- двух-ветвевой сателлитной  холодильной установки,

- двухкаскадной холодильной установки,

- двух многокомпрессорных холодильных установками со своими независимыми контурами.

При этом в состав каждой ветви или каскада может входить многокомпрессорная централь с одним компрессором BITZER с системой CRII.

Таким образом, в установке, управляемой  одним контроллером pR300, всего может быть до 2 компрессоров с CRII - по одному в каждом контуре.  

wz

Согласно предустановленным в контроллере параметрам компрессор с системой CRII регулируется клапанами CRII, причём один из них должен работать в импульсном режиме, т.е. быстро включаться/выключаться, но на время не менее 5с. Кроме этого, компрессор с системой CRII может находиться во включенном состоянии и со всеми включенными клапанами CRII, т.е. с нулевой производительностью. Функционирование компрессора в таком полностью разгруженном состоянии предусмотрено для того, чтобы он смог быстро отреагировать на текущее возрастание ро, т.е. на запрос повышения производительности. В разгруженном состоянии компрессор может оставаться в течение указанного выше времени, по истечении которого начинается либо рост и дальнейшее регулирование его производительности или  выключение.

sample

5.3 Danfoss контроллеры серии АК-РС

АК-РС 651 - для компрессора с тремя регуляторами CRII

Danfoss

АК-РС 551 - для компрессора с двумя регуляторами CRII

551

 

5.4 Eliweil EWCM 436D PRO/A - CRII

EWCM4xx_PRO

 

Для регулирования производительности многокомпрессорной централи, в состав которой входят стандартные компрессоры и один компрессор с CRII, предусмотрен соответствующий  алгоритм.

rack

Регулирование компрессора с CRII производится контроллером по типовому алгоритму. Дифференциал нейтральной зоны отслеживаемого параметра, например ро, для компрессора с системой CRII в централи остаётся такой же узкий, как и для однокомпрессорного агрегата. При превышении текущего значения ро верхней границы дифференциала зоны CRII  производительность компрессора начинает увеличиваться и может возрастать до 100%. Внутри дифференциала зоны CRII производительность компрессора не изменяется. А при уменьшении текущего значения ро ниже нижней границы дифференциала зоны CRII  производительность компрессора снижается и может уменьшаться до 10%.

nz

Включение и выключение компрессоров без CRII в этой централи производится контроллером при значительных колебаниях текущего значения ро в пределах дифференциала зоны включения (ВЕРХНЯЯ зона) и дифференциала зоны выключения (НИЖНЯЯ зона).

При возрастании текущего значения ро выше границы дифференциала зоны включения (ВЕРХНЕЙ зоны) включается компрессор без CRII. При этом, чтобы избежать значительных колебаний давления, компрессор с CRII переходит на самую низкую производительность.

При снижении текущего значения ро ниже границы дифференциала зоны выключения (НИЖНЕЙ зоны) выключается компрессор без CRII. Чтобы избежать значительных колебаний давления, компрессор с CRII переходит в этот момент на самую высокую свою производительность и затем  начинает далее работать по алгоритму отслеживания нейтральной зоны.

Если в момент такого значительного снижения значения ро работает только один компрессор с CRII, то его производительность полностью обнуляется включением всех клапанов CRII.

 

Во избежание выхода из строя компрессора с системой CRII из-за высокой  температуры нагнетания, контроллеры pR300 и АК-РС 651 могут также управлять установленным на компрессоре вентилятором обдува для его дополнительного охлаждения. Включение вентилятора охлаждения происходит по двум переменным: текущая производительность компрессора CRII и давление конденсации.

См. пример управление дополнительным вентилятором для компрессора 4FES-5Y, работающего при to = -10°C, tc = +45°C, toh = +20°C, с регулированием производительности CRII в диапазоне 50%..0%. Уставка для включения вентилятора: tc = +40°C (соотв. давление = 9 bar)

fan

6. Опытная эксплуатация компрессоров БИТЦЕР с системой CRII

В 2014 году в Москве с одобрения руководства торговой сети «Дикси» проводилась сравнительная опытная эксплуатация двухкомпрессорного агрегата с различными способами регулирования общей производительности. Испытание агрегата проводились в одном из новых магазинов-дискаунтеров сети «Дикси» с торговой площадью 400м2. Агрегат работал в холодильной установке для семи среднетемпературных потребителей (пристенные витрины - горки) с общей требуемой холодопроизводительностью 27,2кВт

foto1

Испытываемый агрегат представлял собой комбинацию из двух параллельно подключенных компрессоров БИТЦЕР 4СES-6Y. Агрегат работал на хладагенте R404A с температурой испарения to= -10°C. Регулирование производительности агрегатов и поддержание оптимально низкой «плавающей» температуры конденсации tcосуществлялось контроллером CAREL pRACK300.

Управление агрегатом возможно в четырёх вариантах:

  1. Стандартный компрессор + стандартный компрессор. Т.е. осуществлялось дискретное регулирование производительности агрегата только включением и выключением компрессоров.
  2. Стандартный компрессор + компрессор с одним клапаном CRII, включение которого производилось в обычном дискретном режиме, обеспечивая ступенчатое регулирование производительности агрегата, но с большим количеством ступеней и с меньшим шагом, чем в предыдущем варианте.
  3. Стандартный компрессор + компрессор с внешним частотным инвертором, регулирующим мотор компрессора в частотном диапазоне 30Гц...60Гц. Следует отметить, что это сочетание обычного и инверторного компрессоров является не самым оптимальным, и данный диапазон частотного регулирования инверторного компрессора является не самым широким из возможных. 
  4. Стандартный компрессор + компрессор с двумя клапанами CRII, включение которых производилось контроллером в режиме отслеживания нейтральной зоны. Таким образом, осуществлялось плавное регулирование производительности агрегата.

foto2foto3

В рамках данной программы на одном объекте с приблизительно одинаковой нагрузкой холодильная установка эксплуатировалась последовательно по одной неделе с каждым из вышеперечисленных вариантов управления с целью определения наиболее энергоэффективного способа регулирования производительности. В течение зачётной недели работы агрегата производилось измерение энергопотребления всех входящих в него элементов. Результаты этих замеров позволили сделать качественный анализ по каждому из перечисленных способов регулирования.

table3 

Из таблицы видно, что агрегат с бесступенчатым регулированием производительности CRII показал наиболее высокую энергоэффективность, т.е. самые низкие эксплуатационные расходы.

На диаграмме рабочих параметров, характеризующих функционирование агрегата с компрессором с CRII, хорошо видно, как эффективно данная система обеспечивает поддержание отслеживаемого параметра ро в пределах достаточно узкого дифференциала нейтральной зоны 0,4бар.

graf3

Аналогичные испытания решено провести и на других объектах в других торговых сетях для получения большего количества статистических данных подтверждающих сделанные по результатам испытаний в «Дикси» выводы. Но и первый российский опыт уже наглядно показал эффективность системы регулирования CRII. Можно уверенно утверждать, что такой способ регулирования производительности является наравне с инверторным способом регулирования также очень энергоэффективным. Его применение также обеспечивает существенную экономию эксплуатационных затрат.

Дополнительным преимуществом концепции CRII  является доступность всех необходимых для её создания компонентов на складах российских дистрибуторов компрессоров БИТЦЕР и запасных частей к ним, а также у российских дистрибуторов CAREL.

В настоящее время спрос в России на компрессоры с интегрированным на заводе - изготовителе BITZER GmbH частотными преобразователями для плавного регулирования производительности относительно невысок в силу ряда причин. Поэтому компрессоры БИТЦЕР Ecoline Varispeed с максимально широким диапазоном частотного регулирования, а также созданные на их базе компрессорно-конденсаторные агрегаты БИТЦЕР Ecostar являются заказными позициями. Даже стандартные компрессоры с одной ступенью регулирования с одним клапаном CR чаще всего поставляются дистрибуторами под заказ.

Но, если конечный заказчик понимает ту выгоду, которую он будет получать при эксплуатации компрессоров с интеллектуальным регулированием производительности, и собрать и запустить установку требуется очень срочно, то оптимальным решением на сегодня является либо подключение компрессора через внешний частотный инвертор, либо апгрейд стандартного компрессора до компрессора с системой CRII.  

Решение этой задачи представляется следующим образом. Заказчик, которому требуется для конкретного проекта четырёх- или шестицилиндровый компрессор БИТЦЕР с системой CRII  приобретает у дистрибутора стандартный компрессор и к нему два или три клапана регулирования производительности CRII в сборе с крышками головок цилиндров, а также вентилятор обдува (при необходимости) уже как запасные части. См. Варианты приобретения регулятора производительности BITZER CRII

head

Для того, чтобы помочь контракторам и их конечным заказчикам прийти к мысли о целесообразности больше использовать установок с компрессорами БИТЦЕР с системами CRII  в заводскую комплектацию поршневых компрессоров добавлена опция  "CapacityControl (CRII), Cylinder Head prepared (1x)" without Control  Valve. При заказе компрессоров с этой опцией  одна или все крышки головок цилиндров будут иметь внутри себя уже смонтированный  механический подпружиненный запорный элемент, а место для установки соленоидного клапана будет закрыто фланцевой заглушкой. Даже заказ таких опциальных крышек на все три головки цилиндров шестицилиндрового компрессора увеличит его стоимость весьма незначительно. Но, при этом, для проведения апгрейда такого компрессора до компрессора с системой CRII требуется докупить уже только соленоидные клапаны CRII без крышек головок цилиндров, что уже обойдётся контрактору более чем в 2,5 раза дешевле. Клапаны CRII уже доступны для заказа со склада БИТЦЕР СНГ ООО в Москве, и у официальных дистрибьюторов БИТЦЕР в России.

Официальная техническая информация BITZER на русском языке KT-101-2-rus CRII-system capacity control for ECOLINE compressors даёт подробное описание новой системы и всех её преимуществ.

    Представитель БИТЦЕР СНГ, ООО в Санкт-ПетербургеКорнивец Дмитрий

bitzer.ru

Intelligent compressor BITZER - верное решение!

 

 

 

В последние годы в Европе в условиях постоянного увеличения стоимости энергоносителей у специалистов практически всех отраслей машиностроения неуклонно растёт интерес к энергосберегающим технологиям, внедрение которых предполагает сокращение затрат на потребляемую электроэнергию при эксплуатации инновационного оборудования.

 

В машиностроении под энергосбережением понимается совокупный критерий, включающий в себя две составляющие, которые можно условно определить, как дифференциальную и интегральную.

Дифференциальная составляющая энергосбережения, измеряемая в кВт, достигается за счёт применения в установке наиболее эффективных элементов, потребляющих электроэнергию менее других, доступных на рынке аналогов. Это электродвигатели, герметичные и полугерметичные холодильные компрессоры, электронагреватели, электроавтоматика и т.д. Собранная из таких элементов установка обеспечивает заданную максимальную расчётную производительность, потребляя наименьшую мощность/энергию, вычисленную суммированием потребляемых мощностей всех входящих в установку элементов. Критерием дифференциальной составляющей энергосбережения установки является её кпд, определяемый кпд всех, входящих в неё элементов. Чем выше кпд, тем меньше потребляемая мощность, тем выше энергосбережение. Повышение дифференциальной составляющей энергосбережения, обеспечивает также экономию на всей электрокоммутирующей автоматике как в самой установке (пускатели, автоматы-предохранители, кабели питания, и т.п.), так и в силовых сетях электропитания (трансформаторы и т.п.).

 

Как известно, кпд практически любой электромеханической установки меняется в зависимости от изменения её производительности. Максимальная эффективность установки реализуется при её работе на определённой расчётной производительности, на которую она проектировалась, и на которую подбирались все её основные элементы. Но, если в процессе функционирования установки происходят значительные изменения внешней нагрузки и, соответственно, её производительности, то, как правило, изменяется и потребляемая мощность установки, причём непропорционально изменяющейся её производительности.  

 

Интегральная составляющая энергосбережения, измеряемая в кВтч, достигается за счёт организации наиболее оптимального потребления электроэнергии на различных режимах регулирования производительности установки за определённый период времени – сутки, неделю, месяц, год и т.п. Критерием интегральной составляющей энергосбережения является, например, среднегодовой кпд установки.

Задачей проектировщиков различных систем машиностроения является поиск решения, которое будет удовлетворять требованию повышения обеих составляющих энергосбережения.

 

Холодильная отрасль машиностроения в полной мере испытывает сегодня необходимость в энергосберегающем оборудовании. О путях повышения энергоэффективности установок мы уже писали в предыдущих публикациях, делали сообщения на различных технических конференциях и семинарах. В настоящей публикации будет сделан акцент на способы повышения интегральной составляющей энергосбережения в холодильных системах, прежде всего, за счет использования в них так называемых “Intelligent” – «Интеллектуальных» компрессоров.

Снижение энергопотребления холодильной установки достигается за счёт обеспечения максимального возможного соответствия величины её текущей холодопроизводительности текущему значению суммарной нагрузки на её испарители, т.е. требуемой холодопроизводительности. И если каким-то чудесным образом в установке удастся обеспечивать равенство производимой и требуемой холодопроизводительности в течение всего её времени работы, то тогда будет достигнута максимальная величина интегральной составляющей энергосбережения.

 

К сожалению, в настоящее время решить эту задачу полностью не представляется возможным. Проблема заключается в том, что в подавляющем большинстве холодильных технологий невозможно обеспечить постоянную нагрузку на испарители холодильных установок, а апробированные способы регулирования производительности современных холодильных компрессоров не позволяют обеспечить абсолютно адекватное их регулирование во всём диапазоне производительности, т.е. от 0кВт до 100%.

 

Однако, существует способ регулирования производительности холодильных компрессоров, который наиболее полно соответствует всем описанным выше требованиям. Таковым является регулирование производительности компрессоров за счёт плавного изменения скорости вращения роторов их типовых трёхфазных асинхронных электродвигателей с помощью частотных инверторов (ЧИ). Из-за специфики изменения крутящего момента на малых оборотах асинхронных электромоторов их регулирование с помощью ЧИ не позволяет уменьшать в процессе работы скорость вращения ротора до 01/с . Отсюда, и производительность компрессора, питаемого от инвертора, не может в процессе плавного регулирования опускаться до 0%.

 

Процесс пуска электродвигателя, запитанного от инвертора, осуществляется от 0 до минимальной допустимой скорости вращения ротора за короткий промежуток времени 2…5 сек. Затем, после выхода мотора компрессора на рабочий режим ЧИ осуществляет плавное регулирование скорости вращения его ротора, а, следовательно, и объёмной производительности компрессора в достаточно широком допустимом диапазоне.

 

Следует также отметить, что, с учётом того, что частотный инвертор имеет внутренние потери мощности, кпд мотора компрессора с ЧИ чуть ниже. Более того, при регулировании скорости вращения ротора мотора компрессора по мере удаления от оптимальной частоты 50Гц, при которой его кпд максимальный, к границам диапазона частотного регулирования 25Гц и 87Гц эффективность несколько снижается. Тем не менее, использование инверторного регулирования компрессоров позволяет достигать более высокой эффективности среднегодовых кпд мотора/СОР холодильной установки, чем при обычных способах ступенчатого регулирования производительности.

 

Дополнительно к плавному регулированию производительности компрессора в широком диапазоне ЧИ  обеспечивает плавный  его пуск и плавный останов перед выключением, минимизируя величину реактивной мощности и обеспечивая максимально высокий CosFi. Более того, максимально высокий CosFi поддерживается во всём диапазоне регулирования производительности компрессора частотным инвертором. Это является существенным преимуществом этого способа регулирования производительности по сравнению с другим распространённым способом, когда компрессор периодически во время работы переводится в режим холостого хода, т.н. Digital regulation. При таком режиме, когда мотор компрессора работает без нагрузки, его CosFi резко снижается, и если на каком-то объекте работает значительное количество компрессоров с таким регулированием производительности общий CosFi может либо быть пониженным, либо значительно колебаться. Во избежание значительных штрафных санкций от поставщика электроэнергии на таком объекте необходимо устанавливать дополнительные корректирующие CosFi системы.

Более того, при сравнении этих способов регулирования производительности следует также иметь в виду и значительно более низкую эффективность компрессора с Digital regulation при его длительной работе на минимальной производительности по сравнению с эффективностью компрессора с частотным регулированием также при его длительной работе на минимальной производительности.

 

Благодаря частотному инвертору величина пускового тока мотора компрессора составляет всего 100%...160% от величины его номинального рабочего тока. Таким образом, нет необходимости в каких-то дополнительных мерах по предпусковой разгрузке холодильного компрессора (клапаны SU, моторы PW и т.д.).

Электронная система частотного инвертора является также дополнительной защитой мотора компрессора от перегрева его обмоток при аварийном или чрезмерно тяжёлым режиме работы.

 

В чём же кроется секрет такого умного регулирования производительности холодильного компрессора за счёт изменения скорости вращения ротора его электродвигателя и как это достигается?  Рассмотрим поподробнее, что представляет собой частотный инвертор, и из каких основных элементов он состоит.

 

 

 

В систему типового частотного инвертора входят следующие основные элементы:

 

  •  выпрямитель (мост постоянного тока), преобразующий переменный ток промышленной частоты в постоянный,
  •  блок выходных тиристоров (GTO) или транзисторов (IGBT), обеспечивающих необходимый ток для питания электродвигателя,
  •  инвертор с ШИМ или с АИМ, преобразующий постоянный ток в переменный требуемой частоты и амплитуды,
  •  дроссель для улучшения формы выходного напряжения между преобразователем и двигателем,
  •  EMC-фильтр для уменьшения электромагнитных помех.

Таким образом, основной задачей частотного инвертора является плавное регулирование скорости асинхронного электродвигателя  холодильного компрессора за счет подачи на него специального электропитания, характеризующегося неизменным по величине током и изменяемым напряжением заданной частоты.

 

Формулы, определяющие взаимосвязь  крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя, скорости вращения его ротора, а также потребляемой мотором мощности, наглядно показывают необходимую линейную зависимость изменения напряжения и частоты питания. 

 

 

                                                                                 

Из формул видно, что для обеспечения неизменной величины крутящего момента и рабочего тока электродвигателя холодильного компрессора при регулировании скорости вращения его ротора необходимо одновременно изменять и частоту и напряжение питания.

В холодильных компрессорах с простыми скалярными частотными инверторами регулирование частоты f и напряжения U, как правило, происходит в соответствии с заданной характеристикой U/f=const. Т.е. при изменении частоты регулирования должна в равной пропорции изменяться величина питаемого напряжения.

 

Как известно, стандартное линейное напряжения в трёхфазной сети электропитания составляет 380В, частота 50Гц. На эти номинальные параметры настроены асинхронные электродвигатели, в том числе и холодильных компрессоров. Применение частотного регулирования для таких моторов не очень интересно с точки зрения широты диапазона регулирования. Так как больше 380В получить из сети невозможно, то диапазон частотного регулирования должен составлять от 25Гц (минимальное допустимое значение для большинства современных холодильных компрессоров) до 50Гц - 190/25=304/40=380/50.

 

При дальнейшем увеличении частоты начинает нарушаться закон U/f=const, что приводит к нежелательным эффектам в моторе. Начинает возрастать его рабочий ток, падает величина крутящего момента на валу, повышается магнитное насыщение стальных элементов – всё это приводит к опасному перегреву мотора и к возможному перегоранию его обмоток.

 

Но, диапазон частотного регулирования можно существенно увеличить, например, переподключив обмотки стандартного мотора со схемы «звезда Y» на «треугольник Δ». Такой мотор имеет номинальные параметры подключения 220В/3ф/50Гц. При питании из сети (380В/3ф/50Гц) такой мотор, подключенный через частотный инвертор, регулируется в более широком частотном диапазоне. Наибольшая частота регулирования (угловая частота) возрастает с 50Гц до 87Гц - 380/87 = 306/70 = 220/50 = 131/30 = 109/25.

Соответственно будет меняться и объёмная производительность холодильного компрессора с таким мотором и частотным инвертором.

Как меняются при таком регулировании основные рабочие параметры мотора: напряжение/частота, крутящий момент и потребляемая мощность наглядно показаны на диаграммах, полученных при тестировании компрессора Битцер 4EC-4.2Y c мотором 40S подключенным по схеме «треугольник» через частотный инвертор.

 

                Диаграмма 25Гц                Диаграмма 50Гц               Диаграмма 87Гц

 

 

 

Режим работы мотора на частотах выше 50Гц называется транссинхронным. Скорость вращения его вала становится на этих частотах выше его номинальной. У холодильного компрессора с частотным инвертором при работе его мотора в транссинхронном режиме производительность также становится выше номинальной – в √3 раз, т.е. больше на 70%!

 

Это, кстати, значительно упрощает менеджерам холодильных компаний убеждать своих заказчиков в экономической целесообразности приобретения компрессоров с инверторами.

Например, полугерметичные компрессоры БИТЦЕР: четырёхцилиндровый со встроенным частотным инвертором 4NCS-20.F4-40S и шестицилиндровый 6J-33.2Y-40P имеют одинаковую объёмную производительность соответственно при 87 Гц и при 50 Гц, и примерно одинаковую стоимость. Но широкий диапазон регулирования производительности 4NCS-20.F4-40S даёт ему огромное эксплуатационное преимущество перед стандартным 6J-33.2Y-40P, имеющим возможность лишь ступенчатого регулирования 100%-66%-33%.

На диаграмме показана объёмная производительность этих компрессоров (м3/ч)

 

 

Величины потребляемых мощностей, напряжений, рабочих токов и рабочих частот можно сопоставить на следующем примере. По аналогии с предыдушем сравнением производительностей малого компрессора с инвертором и большого компрессора без инвертора сопоставим возможности различных компрессоров, которым необходимо обеспечить меньшую холодопроизводительность q и большую холодопроизводитльность Q.

Производительность q обеспечивает малый стандартный компрессор и инверторный компрессор на частоте 50Гц.

Производительность Q обеспечивает инверторный компрессор на частоте 87Гц и большой стандартный компрессор. 

      Величины токов, напряжений и частот  

 

 

Проанализируем причины высокой эффективности холодильных установок и отдельных агрегатов с компрессорами с частотными инверторами и рассмотрим их выигрышные преимущества по сравнению с другими способами регулирования производительности.

 

Как известно, все холодильные установки проектируются под максимальную нагрузку, указанную в ТЗ. Но, мировая статистика показывает, что, например, чиллеры различных систем кондиционирования, большинство холодильных установок в коммерческом холоде, установки больших холодильных камер и др. работают на максимальной нагрузке очень малую часть всего времени работы. Бывает, что климатические установки за весь год вообще не выходят на максимальный режим из-за пасмурного лета и аномально низкой среднесезонной температуры воздуха. Таким образом, подавляющее большинство холодильных агрегатов работают наибольшее время на промежуточном значении своей расчётной производительности.

 

Применение в холодильных установках компрессоров с инверторным регулированием, оптимизированных для работы на промежуточном значении их расчётной производительности (~50Гц) обеспечивает максимальную эффективность и экономию потребляемой установкой электроэнергии.

Во время непродолжительной пиковой нагрузки частотные инверторы увеличивают производительность компрессоров до максимума (90Гц), а также во время резкого ослабления нагрузки снижают производительность компрессоров до минимума, обеспечивая, тем самым, минимальное количество пусков моторов в час.

 

Следует отметить, что у специалистов компании BITZER и их партнёров из компаний - ведущих ОЕМов, специализирующихся в производстве транспортных и стационарных систем кондиционирования, накоплен огромный опыт в разработке систем с винтовыми компрессорами Битцер с частотным регулированием производительности. Эти разработки продолжаются сейчас полным ходом, и в ближайшее время будут представлены новые образцы таких инновационных систем.

 

В коммерческом холоде сезонные колебания не так ощутимы, зато суточные и недельные колебания весьма существенны.

 

 

На рис. показана диаграмма колебания температур испарения и конденсации to и tc типовой среднетемпературной установки, включающей в себя четыре компрессора, у которых нет регулирования производительности. Холодопроизводительность всей централи, таким образом, регулируется ступенчато, включением и выключением компрессоров. На диаграмме видно, насколько инертна такая система. При заданной температуре to = -10oC  система позволяет ей подниматься до +3oC и опускаться до – 16oC в течение суток работы централи при частом включении и выключении компрессоров.

 

Такой режим регулирования производительности централи является не очень эффективным. Применение компрессора с частотным регулированием позволяет добиться режима регулирования производительности установки более адекватного величине текущей нагрузке.

Принципиально преимущество инверторного регулирования можно наглядно показать на следующей диаграмме, сравнительно характеризующей функционирование равных по производительности параллельной централи из трёх герметичных компрессоров и агрегата с одним компрессором со встроенным частотным инвертором. 

 

 

На ней упрощённо показана динамика изменения следующих параметров.

Синяя линия – это требуемая холодопроизводительность (N) некоей холодильной установки, допустим, с одним испарителем. По форме эта линия напоминает холм. Исходное положение – система выключена, так как давление всасывания ро соответствует значению выключения всех компрессоров установки. В течение времени, по мере роста теплопритоков, требуемая холодопроизводительность N и ро начинают возрастать и достигают своего максимума, а затем, по мере последовательного включения всех трёх компрессоров, значения N и ро начинают убывать до значения выключения компрессоров. Далее этот цикл многократно повторяется.

Красная ломаная линия – это ступенчатое изменение производимой холодопроизводительности и, соответственно, потребляемой мощности (Peи Qo) трёхкомпрессорной централи.

Зелёная линия – это плавное изменение холодопроизводительности и, соответственно, потребляемой мощности (Peи Qo) агрегата с компрессором со встроенным инвертором ECOSTAR.

На диаграмме наглядно показано, где находится выигрыш от плавного регулирования производительности и потребляемой мощности компрессоров с частотными инверторами. Зелёная линия проходит ближе к кривой реальных нагрузок на испаритель. Нет потерь на ступенчатые превышения потребляемой мощности компрессора.

В реальных установках этот выигрыш может быть весьма впечатляющим. Такие сравнительные эксплуатации проводились различными компаниями много раз и в различных странах и климатических зонах. Результат был всегда однозначно в пользу инверторного регулирования производительности.

 

 ► Годовой экономический эффект от применения агрегата серии EcoStar по сравнению с трёхкомпрессорной централью см. в материале KV-0802-GB.

 

Компания БИТЦЕР последовательно реализует программу разработки и серийного производства компрессоров со встроенными адаптированными частотными инверторами. В основе этой программы лежит блестящий опыт компании БИТЦЕР в разработке и серийном производстве чрезвычайно эффективных холодильных агрегатов Star Cool на R134a с двухступенчатыми поршневыми компрессорами Битцер S4BCF-5.2Y с переохладителями и со встроенными частотными инверторами для рефконтейнеров MAERSK Star Cool.

Мы уже много раз упоминали эти замечательные инновационные компрессоры уникальной конструкции. Они разрабатывались с учётом жёстких требований заказчика по универсальности режимов работы агрегата Star Cool исходя из широкого диапазона как to (охлаждение, заморозка), так и tc (транспортировка вдоль экватора, в высокие широты). Главной задачей, поставленной проектировщикам, была максимальная энергоэффективность агрегата на всех возможных режимах эксплуатации. 

Адаптированный частотный инвертор интегрирован своим корпусом в алюминиевый корпус компрессора S4BCF-5.2Y, и охлаждается холодными парами из промежуточного коллектора, при работе компрессора в режиме двухступенчатого сжатия или всасываемыми парами при работе в одноступенчатом режиме. Такой способ принудительного охлаждения частотного инвертора предохраняет его от потери мощности при сильных перегревах. Появление этого нежелательного эффекта возможно при высоких температурах окружающей среды и интенсивном конвективном теплообмене при обдувании корпуса инвертора жарким тропическим воздухом.

Надёжный экран корпуса инвертора и его конструкция практически полностью предотвращает нежелательную эмиссию электромагнитных волн, способных вызывать помехи в работе электронного оборудования и причинить вред здоровью обслуживающего рефконтейнеры персоналу.

 

 

Опыт применения инверторных компрессоров оказался очень ценным. Преимущество от такого способа регулирования производительности холодильных компрессоров стали очевидными. Надёжность, безопасность с точки зрения ЕМС и энергоэффективность этих компрессоров была наглядно продемонстрирована результатами их многолетней эксплуатации и сравнением с эксплуатационными энергозатратами холодильных агрегатов рефконтейнеров других производителей. Более 50 тыс. рефконтейнеров  Star Cool с холодильными агрегатами на базе частотно регулируемых компрессоров BITZER стали инновационной основой парка охлаждаемых контейнеров компании MAERSK.

 

По результатам успешной эксплуатации агрегатов Star Cool было принято решение начать выпуск аналогичных по конструкции одноступенчатых компрессоров серий Octagon Varispeed, главным образом, для коммерческого холода на основе стандартных компрессоров серий Octagon С2,С3,С4. Производственная программа Octagon Varispeed включает сегодня серийное производство 9 моделей поршневых компрессоров со встроенными инверторами для R404A и 6 моделей R134a, образующих уже довольно широкий модельный ряд и три типа встроенных инверторов F1, F3 и F4.  

 

 

Эти компрессоры имеют встроенные в их корпуса вместо крышек всасывания частотные инверторы, охлаждаемые всасываемыми парами хладагента. Корпуса инверторов и короткие соединительные кабели надёжно экранированы и гидроизолированы. Их работа не вызывает никаких помех окружающим электронным приборам и не причиняет никакого вреда здоровью человека и животных.

Очень широкий диапазон частотного регулирования компрессоров Octagon Varispeed составляет 25Гц (30Гц для С2-F1)…87Гц. Достижение такого широкого диапазона регулирования этих компрессоров стало возможным благодаря внедрению в их конструкцию более приспособленных для повышенных скоростей вращения эксцентриковых валов шатунно-поршневых групп.

Специально для компрессоров  Octagon были разработаны ШПГ с большими диаметрами поршней и меньшими длинами шатунов. Такая конструкция ШПГ обеспечивает меньший ход поршней при работе компрессора.

Применение короткоходовых ШПГ благоприятно сказывается на качестве процесса нагнетания, приводит к снижению объёмных потерь за счёт уменьшения скорости поступательного перемещения поршня в цилиндре для обеспечения заданной объёмной производительности компрессора. Кроме того, применение короткоходовых ШПГ также открывает возможность существенного повышения производительности компрессора относительно номинальной за счёт его эксплуатации на транссинхронных скоростях вращения его вала благодаря частотному инвертору.

 

       Длинноходовая ШПГ

   Короткоходовая ШПГ в

           Octagon

 

 

 

Параллельно с разработкой программы Octagon Varispeed развивается программа производства компрессорно-конденсаторных агрегатов BITZER ECOSTAR.

Уникальность этих агрегатов заключается в том, что в их состав входят поршневые компрессоры BITZER со встроенным частотным инвертором Octagon Varispeed.

В настоящее время серийно производится 6 моделей агрегатов ECOSTAR для R404A и 6 моделей для R134a, специально оптимизированных для коммерческого холода.

 

Модельный ряд ECOSTAR                Агрегат ECOSTAR

 

 

 

Об этих агрегатах было выпущено уже несколько публикаций в различных российских холодильных журналах.  Инновационные агрегаты ECOSTAR оснащены всем необходимым для высокоэффективной работы на различных режимах.

В состав агрегата ECOSTAR помимо компрессора Octagon Varispeed входят эффективный конденсатор с инновационной микроканальной структурой решётки теплообмена, характеризующийся улучшенной теплопередачей, большей компактностью, требующий меньшей заправки хладагентом.

 

Конструкция микроканального конденсатора

Микроканальные конденсаторы для ECOSTAR на заводе BITZER

 

 

Также в состав агрегата входят ресивер и автоматика, а также высокоинтеллектуальный контроллер, постоянно анализирующий нагрузку на испарители и обеспечивающий поддержание оптимальных режимов работы компрессора и вентиляторов конденсатора с инновационным дизайном лопастей. Кроме того, контроллер запоминает все рабочие параметры за один год работы агрегата, а также все аварии, произошедшие за этот период. Эта информация может быть просмотрена специалистами сервисных компаний при подключении ПК к контроллеру.

Агрегат ECOSTAR имеет защитный кожух, позволяющий удобное и надежное его расположение вне помещения. Монтаж их очень прост, процедура запуска также несложная – всё делает высокоинтеллектуальный штатный контроллер. После монтажа и заправки контура хладагентом оператору надо только ввести текущую дату, время, хладагент, температуру кипения и нажать «Ввод». Далее агрегат начинает жить своей жизнью, периодически сообщая в централизованную службу сервиса через сеть Ethernet свои текущие рабочие параметры, а также сигналы об авариях.

 

Агрегаты ECOSTAR в супермаркете в Ханое

 

 

Как уже было сказано выше сравнительные эксплуатации агрегатов традиционной конструкции и агрегатов EcoStar проводились различными компаниями уже много раз в различных странах и климатических зонах. Главной задачей таких испытаний было получение фактических показателей, позволяющих сделать однозначный вывод об эффективности агрегатов с компрессорами с частотными инверторами.

 

Самый свежий пример такого сравнения был недавно опубликован в европейских холодильных изданиях. В одном из магазинов в Бангкоке (Таиланд) на одинаковые по условиям работы прилавки были подключены компрессорно-конденсаторный агрегат со спиральным компрессором и один агрегат BITZER ECOSTAR LHV6/4CC-9.F3Y той же производительности.  

 

 

 

 

Во время эксплуатации обеих альтернативных холодильных установок производился замер всех основных параметров, включая, разумеется, потребляемую мощность.

Результат недельных измерений был проанализирован и опубликован в прессе.

 
Потребляемая мощность за неделю: слева - агрегата BITZER ECOSTAR, справа - альтернативного типового агрегата  

 

Таблица результатов потребления электроэнергии при сравнительной эксплуатации

 

 

Полученные результаты испытаний более, чем впечатляющие.

Энергоэффективность агрегата EcoStar превысила эффективность альтернативного типового агрегата на 25%.

 

Во что же это выражается в течение какого-то разумного срока эксплуатации холодильного оборудования?

Если сделать расчёт на 7 лет работы этих агрегатов в магазине в Бангкоке исходя из постоянной цены на электроэнергию 0,1$/кВтч (кстати, также и в России!), то энергосбережение от использования агрегата EcoStar вместо альтернативного типового агрегата составит  ~ $ 11,500.00!

Стоит серьёзно подумать об этом специалистам российских торговых сетей, определяющим техническую стратегию развития.  

 

Более того, с учётом того, что климат в России более умеренный, чем в Таиланде, экономический эффект от применения агрегатов EcoStar будет ещё более высокий за счёт интеллектуального регулирования производительности вентиляторов конденсаторов в них.

 

К сожалению, в российском коммерческом холоде внедрение инновационных энергосберегающих решений продвигается очень медленно. Это происходит из-за инвестиционной специфики в этом сегменте российского бизнеса. Увеличение стоимости оборудования, даже обещающее значительно сократить последующие эксплуатационные расходы, крайне не приветствуется инвесторами, настроенными на получение быстрого возврата от вкладываемых средств в течение 1..3 лет в зависимости от размера и класса магазина/всей торговой сети. 

 

В других отраслях современного машиностроения, например, в производстве установок с воздушными винтовыми компрессорами, в производстве насосного оборудования, промышленного прачечного оборудования и др. применение инверторов стало уже обычной практикой, и в перечисленных изделиях электродвигатели с инверторами являются уже стандартной комплектацией.

 

Но мы надеемся, что понимание необходимости снижать эксплуатационные затраты в торговых сетях постепенно придёт к финансистам российского коммерческого холода. Для этого компания БИТЦЕР предлагает заказчикам своё инновационное оборудование, а также постоянную и компетентную техническую поддержку своих инженеров.

 

 

Корнивец Дмитрий

Представитель БИТЦЕР СНГ в Санкт-Петербурге

 

 

bitzer.ru

Винтовые компрессоры Битцер новой серии HS/OS85

 

Сегодня уже ни у кого нет сомнения в том, что компания Битцер является безусловным лидером на рынке малых и средних винтовых компрессоров для холодильного оборудования. Имея самый богатый по сравнению с другими компаниями опыт в исследованиях, разработке конструкции и организации серийного производства, по итогам 2007 года компания Битцер стала мировым лидером и по количеству произведённых и проданных винтовых компрессоров.

Новые компрессоры Битцер серии HS/OS85 являются прекрасным продолжением начатого четверть века назад производства винтовых компрессоров.

В январе 1983 года началось серийное производство первых винтовых компрессоров фирмы Битцер на заводе в г. Зиндельфингене. Первой серийно-выпускаемым был винтовой компрессор открытого типа модели OST7061-K с объёмной производительностью 220 м3/ч. Спустя 3 месяца в производство была запущена модель полугерметичного компрессора с теми же самыми конструктивными размерами и с той же производительностью.

На IKK 1984 года впервые была показана рабочая модель винтового компрессора с приводом от преобразователя частоты. Первый в мире герметичный винтовой компрессор типа VSK31 был представлен ведущим европейским ОЕМ-компаниям в 1986 году и запущен в серийное производство. К этому времени на скоростном междугороднем экспрессе ICR в составе модулей кондиционирования салонов вагонов уже работали первые испытательные образцы компрессоров VSK31 с регулируемым числом оборотов ротора мотора.

В последующие годы открытые и полугерметичные винтовые компрессоры Битцер постоянно совершенствовались, и диапазон их объёмных производительностей расширился от 84 м3/ч до 250 м3/ч. Сегодня в разных уголках мира они используются в крупных и мелких промышленных установках для кондиционирования воздуха, охлаждения, быстрого замораживания и специальных применений.

Для использования в установках кондиционирования воздуха в 1992 году был создан специальный компактный компрессор, в корпус которого был интегрирован горизонтальный маслоотделитель и встроена система масляных трубопроводов. Эти компрессоры с объемной производительностью до 910 м3/ч и мощностью двигателя до 300 кВт производятся сегодня как специальная серия винтовых компрессоров, предназначенных в основном для использования в чиллерах систем кондиционирования и пищевых технологий.

 

 

                                             Типы винтовых компрессоров Битцер

 

Замечательные результаты работы холодильных компаний с компактными компрессорами серии CSH, а также наметившиеся перемены на рынке крупного и среднего промышленного холодильного оборудования, дали толчок к разработке новых моделей более мощных открытых и полугерметичных винтовых компрессоров для различных промышленных систем охлаждения и тепловых насосов.

Разработчикам винтовых компрессоров компании Битцер были определены следующие требуемые качества, которыми должны обладать ком-прессоры новых моделей:

 

  • Объёмная производительность должна быть не менее 400 м3/ч
  • Компрессоры должны быть приспособлены для работы на всех используемых в настоящее время хладагентах: R404A, R507A, R134a, R407C, R22, включая Nh4 для компрессоров открытого типа.
  • Области применения новых компрессоров должны быть сопоставимы с областями применения прежних самых мощных полугерметичных и открытых винтовых компрессоров HS/OS74...53.
  • Аспекты потребления энергии и влияния на окружающую среду: - коэффициент полезного действия должен быть более высокий, чем у более малых моделей винтовых компрессоров; - экономайзер должен включаться даже при минимальной частичной нагрузке; - в конструкции должно быть сокращено количество потенциальных мест утечки масла и хладагента; - снижены уровни шума и вибрации.
  • В новых компрессорах должны быть оптимизированы системы циркуляции масла и регулирования производительностью.

 

Регулирование производительности новых компрессоров

Перед проектированием конструкции новых компрессоров были рассмотрены самые различные способы регулирования объёмной производительности, в том числе и нетрадиционные.

Один из таких способов приведения в соответствие производительности компрессора и требуемой текущей холодопроизводительности установки - использование в компрессорах многоскоростных электродвигателей. Для того, чтобы уменьшить холодопроизводительность примерно на 50% необходимо переключить электродвигатель с 2900 об/мин на 1450 об/мин. Однако, существенный недостаток этого способа заключается в том, что электродвигатели могут быть максимально эффективны только при определенном количестве оборотов ротора.

Невозможно избежать больших потерь эффективности, т.е. кпд и СОР компрессора при его работе на неоптимальных оборотах ротора мотора. К тому же количество переключений в течение срока службы двигателя ограничено.

Применение в винтовых компрессорах серий HS/OS74...53 простого и эффективного механического регулирования производительности явилось в своё время существенным шагом вперед. Место начала сжатия всасываемого пара смещается по длине профиля винта с помощью регулирующих поршней с гидроприводом. Это приводит к снижению расхода всасываемого и нагнетаемого компрессором пара. С помощью этой технологии можно регулировать объёмную производительность винтового компрессора в три дискретных ступени - 100%, 75% и 50%. При этом потери относительно малы, поскольку сжатие и нагнетание газа происходит только в активной области роторов. Ещё одно преимущество этого способа - это возможность включать регулирование производительности на короткие периоды.

С развитием технологий точной механической обработки в компрессоростроении стало возможно применение в малых винтовых компрессорах золотников для регулирования производительности, аналогичных тем, которые на протяжении долгих лет использовались исключительно в больших промышленных винтовых компрессорах. Высокие технологии современного производства дают возможность интегрировать золотник в корпуса компрессоров с относительно малыми диаметрами роторов.

Такой способ регулирования производительности уже был реализован в конструкции компактных винтовых компрессоров Битцер серий CSH95...65. Объёмную производительность этих компактных компрессоров можно при необходимости плавно изменять перемещением золотника вдоль роторов в диапазоне от 25% до 100% или в 4 дискретных ступени 100%, 75%, 50% и 25%.

Широкий диапазон регулирования позволяет оптимально согласовывать производительность компрессора с потребляемой им мощностью в течение всего периода эксплуатации установки. За счет этого увеличивается срок службы компрессоров благодаря предотвращению его пусков в тяжёлых условиях на максимальной нагрузке, при работе с низким перегревом всасываемых паров, а также при случайном попадании жидкости в компрессор при пуске.

Золотниковый способ регулирования производительности был признан наиболее подходящим и для новой серии винтовых компрессоров серии HS/OS85.

Геометрия профилей роторов также была заимствована у компрессоров CSH-серии. Новые специально разработанные для этой серии компактов профили с соотношением 5:6 имеют большие диаметры, по сравнению с аналогичными профилями компрессоров серии HS/OS74...64. Большие диаметры роторов за счёт повышения окружных скоростей вершин профилей обеспечивают снижение потерь из-за внутренних перетечек нагнетаемого газа при больших перепадах давления. В результате в компактных компрессорах CSH-серии были достигнуты более высокие значения энергетического кпд по сравнению с компрессорами предшествующих типов.

Заимствование готовых профилей позволило в одной серии HS/OS85 сразу создать три модели среднетемпературных компрессоров и одну низкотемпературную модель.

Начиная с весны 2004 года в опытную эксплуатацию поступили первые большие винтовые компрессоры новой серии HS/OS85 следующих моделей:

Полугерметичные Открытого типа Объемная производительность Назначение
HSN8571-125Y OSN(А)8571-K 410 м3/ч низкотемпературное охлаждение
HSK8571-140Y OSK(А)8571-K 410 м3/ч кондиционирование и среднетемпературное охлаждение
HSK8561-125Y OSK(А)8561-K 359 м3/ч
HSK8551-110Y OSK(А)8551-K 315 м3/ч

 

 

                                   Современный модельный ряд полугерметичных винтовых компрессоров Битцер
                                                  Полугерметичный винтовой компрессор серии HS85
                                            Современный модельный ряд винтовых компрессоров Битцер открытого типа
                                  Винтовой компрессор открытого типа серии OS85

 

    Новая серия компрессоров была оптимизирована для работы с наиболее распространёнными хладагентами, используемыми в средне- и низко-температурных промышленных установках: R22, R134a и R404A / R507A - для полугерметичных моделей, а  также R717 (Nh4) - для открытых винтовых компрессоров.

По запросу разработчикам нестандартных холодильных установок могут быть предоставлены данные и области применения винтовых компрессоров серий HS/OS85 для других хладагентов, имеющих предельно высокие, а также низкие температуры кипения.

Область применения новой серии HS/OS85 осталась традиционная для винтовых компрессоров Битцер. По ширине она ограничена температурами кипения: от макс. 20 oC для компрессоров систем тропического кондиционирования до -50 oC для компрессоров шокфростеров. Максимальные температуры конденсации: 70 oC при применении R134а, 55 oC с R404A / R507A и 60 oC при применении R22 достигаются за счет применения в установке эффективного охлаждения масла.

Аналогично компактным в компрессорах новой серии также оптимизирован впрыск пара из переохладителя в профили при работе с экономайзером. У винтовых компрессоров предшествующих конструкций место впрыска пара из переохладителя располагается фиксировано на корпусе камеры сжатия, что определяет невозможность работы экономайзера при уменьшении производительности компрессора ниже 75%. В отличие от них у компрессоров новой серии HS/OS85 ЭКО-порт располагается на золотнике-регуляторе производительности.

Это преимущество заключается в том, что при работе экономайзера, которая здесь возможна даже при частичной нагрузке компрессора, впрыск пара из переохладителя происходит всегда в закрытый со стороны всасывания сегмент профилей роторов. С помощью этого конструктивного решения во всем диапазоне регулирования объёмной производительности компрессора достигается максимальная возможная холодопроизводительность установки благодаря непрерывной работе эко-номайзера.

 

                               Полугерметичный винтовой компрессор серии HS85, вид сзади

В техническом задании проектировщикам компрессоров новой серии было выдвинуто требование по снижению потенциальной возможности утечек масла и хладагента. В результате внешний вид компрессора приятно удивляет своей простотой и законченностью. На корпусе компрессора нет расположенных снаружи маслоперепускных трубок. Вся гидравличе-ская система управления компрессором полностью размещена внутри его корпуса. Распределение масляных потоков происходит через отверстия, выполненные внутри корпусных элементов без внешних резьбовых соединений и трубопроводов, поэтому исключены такие повреждения линий управления за счет внешних воздействий как разрывы трубок или течи на резьбовых соединениях.

Снижение уровня шума холодильной установки приобретает все большее значение. Хотя винтовые компрессоры уже имеют более низкий уровень вибрации по сравнению с поршневыми, существует потенциал его дальнейшего снижения. На основании положительных результатов использования внешних шумогасящих устройств типа "Helmholtz" для снижения флуктуаций нагнетаемого газа в трубопроводах нагнетания винтовых компрессоров у разработчиков возникла идея подавлять флуктуации по возможности ближе к месту их возникновения. Поэтому было принято решение при разработке конструкции новой серии HS/OS85 интегрировать устройство для снижения флуктуации нагнетаемого газа непосредственно в компрессор.

Встроенный глушитель снижает амплитуду импульсов колебаний давления, например, с 0,5 бара до 0,1 бара. Это приводит к снижению шума компрессора на 2 дБ. За счет глушения флуктуаций значительно снижает также уровень исходящей от компрессора и передаваемой на трубопроводы и фундамент вибрации.

                                                                                                    Шумоглушитель

 Исчезает необходимость предпринимать дополнительные меры по гашению колебаний, передаваемых от установки к перекрытиям здания. Срок службы компенсаторов вибрации в трубопроводах увеличивается. Во многих случаях можно полностью отказаться от установки гибких патрубков, что дает холодильным компаниям возможность существенного снижения стоимости монтажа установки.

 

                                      Пульсации давления в порте нагнетания компрессора с шумоглушителем и без него

                        

 

Конструктивные особенности новых компрессоров

В новых винтовых компрессорах серии HS/OS85 была применена традиционная надежная установка роторов в корпусе на опорных роликовых подшипниках. Для поглощения радиальных сил, возникающих при работе компрессора и направленных в сторону всасывания, на стороне нагнетания установлены сдвоенные радиально-упорные шариковые подшипники. Кроме того, для осевого фиксирования роторов упорные подшипниковые узлы были дополнены контропорами, которые представляют собой такие же радиально-упорные шариковые подшипники, но установленные на валы роторов навстречу парам основных упорных подшипников.

В обычном режиме работы компрессора контропоры не нагружаются, поскольку результирующая сила давления нагнетания, действующая на роторы и сдвигающая их в сторону порта всасывания, компенсируется парами основных упорных подшипников. Контропоры начинают действовать только в случаях, если происходит изменение направления осевых усилий на роторы, например, в результате их вращения в неправильном направлении.

Упорные подшипники контропор обеспечивают сохранение осевого зазора между торцевыми поверхностями роторов и фланцем нагнетания даже в таких аварийных режимах работы компрессора. Благодаря контропорам полностью устраняется возможность касания и механического повреждения торцов роторов и фланца нагнетания.

Подшипники, установленные в винтовых компрессорах Битцер на стороне нагнетания располагаются в отдельных уплотнённых подшипниковых камерах низкого давления. Масло из маслоотделителя поступает в эти подшипниковые камеры через специальный дроссель, затем после смазки подшипников поступает на сторону всасывания. За счёт такого сообщения со стороной всасывания и дросселирования поступающего масла высокого давления в подшипниковых камерах поддерживается давление значительно меньшее, чем давление нагнетания. Благодаря такому запатентованному конструкторскому решению в подшипниковых камерах выкипает часть хладагента, растворенного в масле, за счет чего повышается вязкость масла смазывающего подшипники. В результате, при работе компрессора на нормальном перегреве всасываемых паров, с допустимыми температурами нагнетания срок службы подшипников становится практически неограниченным.

Помимо упомянутых преимуществ регулирования производительности, регулирующий золотник обеспечивает также разгруженный пуск компрессора. Во время простоя компрессора открывается дренажный масляный клапан CR3, и возвратная пружина двигает поршень гидроцилиндра привода золотника в положение минимальной производительности компрессора 25%. Это приводит к снижению пусковой нагрузки на электродвигатель, что гарантирует надежность его работы при пуске и в период выхода компрессора на требуемую производительность.

Интеграция компрессоров в холодильные установки

Агрегаты винтовых компрессоров обычно состоят из одного или нескольких компрессоров, маслоотделителя, маслоохладителя (при необходимости) и соответствующих трубопроводов с необходимыми клапанами и приспособлениями. Система циркуляции масла в установке с винтовыми компрессорами типа HS/OS74...53 показана на Рис. 9. На масловозвратном трубопроводе от маслоотделителя к компрессору установлены масляный фильтр, реле протока масла, запорный электромагнитный клапан и глазок. Такая схема стала традиционной в последние десятилетия.

При использовании новых компрессоров серии HS/OS85 в установках используется полностью новая и значительно упрощенная схема. Масляный фильтр полностью интегрирован в корпус компрессора. Его степень загрязнения контролируется специальным дифференциальным реле за счет измерения перепада давления на фильтре. Дальнейшее измерение перепада давления внутри компрессора заменяет функцию внешнего реле протока масла. Новый, также интегрированный в корпус компрессора клапан подачи масла контролирует поступление масла в компрессор и одновременно контролирует направлением вращения при пуске (Рис. 10). Клапан подачи масла имеет свой подпружиненный поршень, на который подаётся нагнетаемый газ. Таким образом, при выключении компрессора клапан подачи масла надёжно закрывается, а открывается только при пуске компрессора, причём вращение роторов должно происходить только в правильном направлении.

Помимо смотрового глазка масла, все прежде устанавливаемые на масловозвратном трубопроводе элементы интегрированы в корпус нового компрессора.

Таким образом, стоимость монтажа установки уменьшается до минимума. Кроме того, значительно снижается возможность утечек масла и хладагента за счет отсутствия резьбовых и паяных соединений на внешних дополнительных элементах.

 

                                     Традиционная схема циркуляции масла в установках с компрессорами серии HS/OS74...53
                                               Новая схема циркуляции масла в установках с компрессорами серии HS/OS85

Параллельное соединение винтовых компрессоров в одной холодильной централи сегодня дает интересную возможность для увеличения холодопроизводительности установки до промышленных значений. Эта эффективная и экономичная технология за много лет полностью оправдала себя. Несколько компрессоров работают на общий маслоотделитель, при этом какие-либо специальные устройства для равномерного распределения масла не нужны.

Все электроподключения и присоединения патрубков всасывания и нагнетания, а также масловозвратного трубопровода расположены на одной стороне корпуса компрессоров. Штуцеры и вентили легко доступны и удобны в обслуживании - требуются лишь небольшие расстояния между компрессорами.

                                                                Сторона подключений компрессора серии HS85

Распределение всей требуемой холодопроизводительности на несколько компрессоров обеспечивает высокую надежность работы всей холодильной установки - резервных компрессоров в принципе не требуется. Холодопроизводительность всей централи может регулироваться с очень маленькими шагами. Более того, суммарный СОР многокомпрессорной централи даже при частичной нагрузке остаётся максимальным, при работе нескольких или даже одного компрессора с максимальной производительностью. Таким образом, очевидно, что при частичной нагрузке СОР многокомпрессорной централи будет явно выше, чем у установки с одним большим компрессором, работающим в режиме регулирования производительности.

Кроме того, негативные воздействия на питающие электросети за счет пиков пускового тока при последовательном включении нескольких компрессоров централи минимальны по сравнению с пуском одного большого промышленного компрессора.

Рабочие характеристики винтовых компрессоров серии OS/HS85 внесены в программу по подбору оборудования Bitzer Software, последняя версия которой - 5.0 позволяет рассчитывать многокомпрессорные установки в комплексе, а также подобрать маслоотдеделитель как для отдельных компрессоров, так и для всей централи.

Специально для централей с более производительными винтовыми компрессорами новой серии OS/HS85.. был разработан более большой маслоотделитель OA25012. Он предназначен для работы максимум с пятью компрессорами OS/HS85.. в диапазоне кондиционирования (A/C) или с шестью - в диапазоне средне- (MT) и низкотемпературного (LT) охлаждения 

                                         Маслоотделитель OA25012
Маслоотделитель OA25012 Максимальное число компрессоров в централи
A/C MT LT
R134a R22 R404A R507A R134a R22 R404A R507A R22 R404A R507A
OS/HS8571-... 50 Гц 5 4 5 (6) 5 (6) 6
OS/HS8571-... 60 Гц 4 3 5 4 5

 

Принцип работы маслоотделителей основан на сочетании центробежной сепарации масла из нагнетаемого компрессорами газо-масляного потока и гравитационного осаждения масла на дно маслоотделителя. Этот принцип обеспечивает постоянную высокую степень отделения масла во всем диапазоне регулирования общей производительности многокомпрес-сорной централи.

Кроме того, для отдельных компрессоров и параллельных централей, работающих на аммиаке Nh4, предлагаются дополнительные вторичные отделители.

Программа для подбора оборудования Bitzer Software также позволяет подобрать маслоохладитель, как для одиночного винтового компрессора, так и для централи. Данные для расчета термосифонного масляного охлаждения, которое чаще всего используются в данном диапазоне производительности, можно получить по запросу. Помимо маслоохладителей Битцер с водяным или воздушным охлаждением другие производители аналогичного оборудования предлагают свои решения и оборудование.

Опыт эксплуатации новых компрессоров OS/HS85

За последние годы в Европе успешно введено в эксплуатацию уже немало холодильных установок различной производительности и режима работы с винтовыми компрессорами новой серии OS/HS85. В основном это морозильные установки с полугерметичными низкотемпературными компрессорами HSN8571-125Y. Кроме того, уже немало эксплуатируется различных установок со среднетемпературными компрессорами моделей HSK85.

В последнее время в странах северной Европы и Бенилюкса было смонтировано и запущено в эксплуатацию несколько десятков различных аммиачных установок с открытыми винтовыми компрессорами новой серии OSА85.

Беглый анализ затрат холодильных компаний на приобретение новых компрессоров и сосудов, а также на монтаж установок с этими компрессорами внушает определённый оптимизм. В целом, установки с компрессорами Битцер новой серии OS/HS85 оказались значительно дешевле установок с промышленными компрессорами той же производительности. А с учётом того, что монтаж в установку полугерметичных, да и открытых компрессоров Битцер новой серии OS/HS85 значительно более прост и малозатратен по сравнению с монтажом в установку больших промышленных компрессоров, привлекательность новых компрессоров растёт се-годня с каждым днём.

Из наиболее значимых реализованных проектов с новыми винтовыми компрессорами в России следует выделить особо выдающуюся установку, спроектированную, смонтированную и запущенную в сентябре 2006 года специалистами Санкт-Петербургской компании "Эйркул" (www.aircool.ru). Это был первый и до сих пор самый значительный проект с использованием новых винтовых компрессоров.

 

                                                                                         Эйркул - Адыгея

В республике Адыгея на комбинате "Западный" для линии скорозаморозки овощей и фруктов Frigoscandia производительностью 6 тонн в час была создана морозильная установка, в которой работает 9 полугерметичных низкотемпературных компрессоров HSN8571-125Y. Компрессоры с экономайзерами объединены в три централи по три компрессора в каждой, причём все они работают на один общий коллектор нагнетания. Установка с насосно-циркуляционной схемой на R22 при температуре кипения to = -43 оC и конденсации tc = 45 оC, обеспечивает общую холодопроизводительность 630 кВт. За год эксплуатации, в том числе и в зимний период, новые компрессоры продемонстрировали надёжную работу без каких-либо сбоев. Дистанционный мониторинг основных рабочих параметров этой установки с передачей информации через GSM модем непрерывно ведётся в Санкт-Петербурге сервисной службой ООО "Эйркул".

                     

                                                                       Талосто - Волхов

Также одной из первых в России была смонтирована низкотемпературная установка для линии закалки мороженного на комбинате Санкт-Петербургской компании "Талосто" (www.talosto.ru) в г. Волхов. В установку с общей холодопроизводительностью 150 кВт входит 2 полугерметичных низкотемпературных компрессора HSN8571-125Y.

 

                                                                                      Остров - Аммиак

 

Новую линейку аммиачных низкотемпературных установок на базе открытых винтовых компрессоров Битцер, в том числе и новой серии OSNА8571-K, разработали и преступили к внедрению специалисты компании "Остров" (www.ostrov.ru). Материал об этом проекте уже был опубликован в периодических холодильных журналах.

Следует также отметить успешные проекты компаний "ГРАН" (www.gran.mari-el.ru) и "Фригодизайн" (www.frigodesign.ru) с новыми винтовыми компрессорами Битцер. Самарская компания "Лидер" (www.leader-cool.ru) готовит к запуску очень мощную низкотемпературную установку закалки мороженного в Белгороде на базе 10 компрессоров HSN8571-125Y. Ввод в эксплуатацию этой установки запланирован на январь 2008 года.

Сегодня в России в различных установках работает около 80 винтовых компрессоров Битцер новой серии OS/HS85.

Дальнейшие разработки

Учитывая успешный выход на рынок новых мощных полугерметичных компрессоров, разработчики компании Битцер создали конструкцию и провели стендовые испытания двух моделей ещё более мощных компрессоров серии OS/HS85. В начале 2008 года по заказу немецкой компании Fischer на опытную эксплуатацию в составе реальных холодильных установок будет передано 7 низкотемпературных винтовых компрессоров HSN8591-160 с объёмной производительностью 535 м3/ч. Кроме того, на том же этапе находится разработка двух моделей среднетемпературных компрессоров HSK8581-180 (470 м3/ч) и HSK8591-210 (535 м3/ч).

Серийное производство компрессоров этих моделей для широкой продажи планируется начать на заводе в Роттенбурге во втором квартале 2008 года.

 

                                                                            HSN8591-160
                                                                      OSN(A)8591-K

 

Продолжаются работы по созданию трёх моделей более мощных винтовых компрессоров открытого типа OSN(A)8591-K с объёмной производительностью 535 м3/ч, а также OSK(A)8581-K (470 м3/ч) и OSK(A)8591-К (535 м3/ч).

Согласно плану реализации этого проекта первый прототип для стендовых испытаний появится в 1 квартале 2008 года. Во втором квартале будут проведены полевые испытания рабочих компрессоров, а серийное производство компрессоров этих моделей планируется начать в первом квартале 2009 года.

В том же 2009 году планируется приступить к разработке конструкции новой серии ещё более мощных открытых винтовых компрессоров OS(А)95.

В перспективных планах компании Битцер стоит задача в 2010 году выйти на рынок с винтовыми компрессорами открытого типа с объёмной производительностью до 1100 м3/ч.

 

 

 

 

bitzer.ru

Система CIC для поршневых компрессоров Битцер

 

С учётом того, что в России применение хладагента R22 разрешено до 2020 года компания Битцер продолжает производство и поставки на наш рынок компрессоров, приспособленных для работы на этом проверенном многими десятилетиями фреоне. 

Очень удобный в обращении азеотропный хладагент R22 обладает более высокой удельной холодопроизводительностью и СОР по сравнению с другими общеупотребимыми сегодня хладагентами. Но его термодинамические свойства требуют привнесения в конструкцию компрессоров специальных опций. Высокий показатель адиабаты хладагента R22 и как следствие более высокая температура нагнетания является критическим фактором особенно при высокой степени сжатия, т.е. при низких температурах кипения.

Если для средне- и высокотемпературного применения, а также в системах кондиционирования воздуха с хладагентом R22 работают обычные компрессоры без каких-либо специальных приспособлений, то для низкотемпературного применения поршневые и винтовые компрессоры должны оснащаться различными системами, обеспечивающими контроль и ограничение температуры нагнетания в пределах технически допустимых значений.

Применение R22 в низкотемпературных установках является также критичным в отношении термостойкости масла. Ввиду того, что при работе компрессора масло подвергается вместе с этим хладагентом постоянному нагреву до высокой температуры нагнетания, возникает опасность кислотообразования в нём и омеднения внутренних поверхностей холодильного контура.

Для нормальной работы поршневых, спиральных и различного типа винтовых компрессоров Битцер предусмотрены специальные полусинтетические и синтетические холодильные масла, предназначенные специально для R22.

Кроме того, поршневые компрессоры Битцер имеют ещё и конструктивные особенности, позволяющие эксплуатировать их с различными хладагентами и на различных температурных режимах, в том числе и с R22 в низкотемпературном диапазоне.

Наиболее оптимальным для холодильных установок, работающих на очень низких температурах кипения, является применение в них систем двухступенчатого сжатия с промежуточным охлаждением, обеспечивающих максимальную энергоэффективность и безопасность оборудования. Это реализуется либо за счёт применения в установке двух разделённых ступеней сжатия - сперва в бустер-компрессорах, а затем в основных компрессорах с охлаждением газа в промежуточном коллекторе, либо за счёт применения двухступенчатых компрессоров, в которых обе ступени сжатия с промежуточным охлаждением реализуются в едином корпусе.

Но, в большинстве случаев, особенно в коммерческом холоде, в низкотемпературных холодильных установках с температурой кипения -20oC и ниже  используются одноступенчатые поршневые компрессоры, работающие, как правило, на R22. Для такого применения поршневым компрессорам Битцер требуется проведения определённого дооснащения.

У поршневых компрессоров Битцер малой производительности серий Octagon C1, C2 и C3 (кроме 4СС) для нормальной работы в низкотемпературных установках на R22 перед вводом в эксплуатацию необходимо переустановить дефлектор системы VARICOOL из предустановленного на заводе-изготовителе положения SL(A) в положение  SL(B). Для этого необходимо ослабить затяжку болтов крепления всасывающего вентиля и развернуть выглядывающие из-под его фланца края дефлектора на 180о. В результате этой переустановки поток всасываемого пара при работе компрессора направляется сразу в его цилиндры на сжатие, минуя обмотки электродвигателя, на которых пар мог бы дополнительно перегреваться, что привело бы к значительному росту температуры нагнетания.

Но даже при таком направлении всасываемых паров при работе компрессора на высоких температурах конденсации его корпус требует дополнительного охлаждения. Излишнее тепло отводится либо водой, протекающей в крышках головок цилиндров специального исполнения, либо воздушным потоком от дополнительного вентилятора обдува головок или же от вентиляторов конденсатора, если компрессор интегрирован в компрессорно-конденсаторный агрегат.

При эксплуатации более мощных четырех- и шестицилиндровых поршневых компрессоров Битцер серий С4, В5 и В6, у которых система VARICOOL отсутствует, в низкотемпературном диапазоне на R22 контроль и ограничение температуры нагнетания производится за счёт комбинированного применения вентилятора обдува головок цилиндров, а также специальной системы охлаждения, производящей управляемый электроникой дозированный впрыск жидкого хладагента в полость перед входом в цилиндры компрессора. 

Данная система имеет официальное обозначение   - System , то есть Controlled Injection Cooling.

 

Основное эксплуатационное преимущество системы CIC по сравнению с ТРВ заключается в отсутствии какой-либо необходимости настройки её элементов. Все параметры «зашиты» в память электроники, и какие-либо переустановки её параметров, в том числе и несанкционированные, проводимые случайными лицами, абсолютно невозможны.

 

Рис. 1. Поршневой компрессор Битцер, оснащённый системой CIC и вентилятором дополнительного охлаждения 1 – компрессор, 2 - электронный управляющий модуль, 3 - датчик температуры РТ1000, 4 - форсунка впрыска жидкого хладагента, 5 - импульсный электромагнитный клапан впрыска, 6 – дополнительный трубопровод жидкого хладагента, 7 - дополнительный вентилятор

 Система CIC включает в себя следующие основные элементы: электронный управляющий модуль, датчик температуры и импульсный электромагнитный клапан впрыска. Основное назначение этой системы заключается в проведении непрерывного контроля температуры нагнетаемого газа. В случае если датчик температуры покажет превышение максимально допустимой температуры нагнетания 120оС, электронный управляющий модуль выдаёт команду импульсному клапану, через который осуществляется дозированный впрыск жидкого хладагента через специальные калиброванные форсунки в полость перед входом в цилиндры компрессора.  

Жидкий хладагент, который впрыскивается во всасываемый в цилиндры поток газа, уже значительно перегретого в моторе компрессора, обеспечивает, таким образом, охлаждение стенок цилиндров, а также снижение температуры нагнетания. С понижением температуры нагнетания ниже 110 оС впрыск прекращается и возобновляется затем опять, когда это потребуется.

В случае, когда впрыск жидкого хладагента производит недостаточное охлаждение при каких-то чрезвычайных условиях работы, электронный управляющий модуль системы CIC отключает компрессор в целях обеспечения его безопасности и выдаёт сообщение об аварии.

Но, несмотря на высокую надёжность и эффективность этой системы, область допустимого применения поршневых одноступенчатых компрессоров с системой CIC значительно более узкая по сравнению с двухступенчатыми компрессорами сопоставимой мощности. Следует иметь  в виду то, что при проведении впрыска жидкого хладагента в полость перед входом в цилиндры компрессора возникает ряд нежелательных моментов.

При значительном расходе впрыскиваемого хладагента, обусловленном повышенными потребностями в охлаждении, существует опасность того, что не полностью испарившийся хладагент, попадая в цилиндры, начнёт смывать со стенок масляную плёнку. Это может привести к ускоренному износу как хонингованных поверхностей стенок цилиндров компрессора, так и рабочих поверхностей поршней и поршневых колец.

Более того, при таком режиме эксплуатации компрессора ощутимо снижается расход хладагента по контуру холодильной установки, что отражается на снижении холодопроизводительности испарителя, а также на снижении общего СОР установки.

Чтобы обеспечить как можно более высокие показатели эффективности при обеспечении максимальной надёжности работы компрессора, оснащённого системой  CIC, необходимо обеспечить стабильный режим работы установки с плавным ростом рабочих параметров, особенно температуры нагнетания, причём её превышение выше допустимого значения при котором включается CIC, должно носить эпизодический характер.

 

Рис. 2. Границы области допустимого применения поршневых компрессоров Битцер серий С4, В5 и В6 с системой CIC на R22

Несмотря на то, что теоретическая минимальная температура кипения, при котором может работать поршневой одноступенчатый компрессор с CIC, составляет -45оС …-50оС, а максимальная допустимая температура всасываемых паров составляет 20оС... 25оС, работа одноступенчатого поршневого компрессора в таком режиме чрезвычайно неэффективна и даже рискованна.  

По возможности, следует обеспечивать перегрев паров на входе в компрессор на установившемся режиме его работы не ниже, но и не выше 7…10К, температура кипения не должна быть ниже - 35 оС, а температура конденсации не должна быть выше 35оС. При этих параметрах впрыск жидкого хладагента будет производиться эпизодически, и его отрицательное влияние на холодопроизводительность и холодильный коэффициент СОР, а также опасность преждевременного износа будут сведены к минимуму.

Если в состав холодильной установки входит поршневой компрессор Битцер, оснащённый системой CIC, структура её холодильного контура остаётся такой же, что и у холодильной установки с обычным компрессором. Единственное отличие установки с компрессором с CIC заключается в наличии дополнительного трубопровода жидкого хладагента, соединяющего жидкостную линию с импульсным электромагнитным клапаном впрыска. Оптимальный диаметр этого трубопровода – 10мм (3/8”).  

Для того чтобы гарантированно обеспечить отсутствие пены и отдельных паровых пузырей в потоке жидкого хладагента, подаваемого в клапан впрыска, врезка этого дополнительного трубопровода должна производиться снизу на горизонтальном участке основного жидкостного трубопровода.

Для предохранения импульсного электромагнитного клапана впрыска и форсунок от засорения на трубопроводе подачи в него жидкого хладагента должен быть установлен фильтр тонкой очистки. Для возможности визуального контроля сплошности потока жидкого хладагента в этот трубопровод встраивается смотровой глазок. 

 

Рис. 3. Принципиальная схема холодильного контура с одноступенчатым поршневым компрессором, оснащённым системой CIC: 1- компрессор; 2- электронный управляющий модуль; 3- датчик температуры нагнетания; 4- форсунка впрыска жидкого хладагента; 5- импульсный электромагнитный клапан впрыска; 6- дополнительный вентилятор обдува головок цилиндров; 7- смотровой глазок; 8- фильтр тонкой очистки; 9- конденсатор; 10- жидкостный ресивер; 11- терморегулирующий вентиль ТРВ; 12- испаритель

При проектировании, а также при монтаже и настройках рабочих параметров низкотемпературных холодильных установок с поршневыми компрессорами Битцер, оснащёнными системой CIC, работающими с хладагентом R22 необходимо соблюдать следующие требования:

  • линия всасывания должна быть надёжно теплоизолирована, а её длина должна быть минимальной;
  • регенеративный теплообмен между всасываемыми парами и каким-либо более нагретым агентом, например сконденсированным хладагентом, должен быть исключён;
  • потери давления в трубопроводах и элементах холодильного контура должны быть минимальными;
  • должна поддерживаться минимальная разность температур кипения и конденсации;
  • регулирование давления и температуры конденсации должно осуществляться плавно, при этом, должна поддерживаться самая низкая из допустимых температура конденсации;
  • категорически не допускается одновременное включение клапана регулятора производительности компрессора CRи импульсного электромагнитного клапана впрыска системы CIC!

 

Как правило, поршневые компрессоры Битцер оснащаются всеми элементами системы CIC на заводе-изготовителе. Но, возможно также заказать отдельно комплект системы CIC и дооснастить им какой-то имеющийся на складе поршневой компрессор. 

В официальной технической информации Битцер  KT-130-1 CIC System (single stage reciprocating compressors) даны детальные указания по монтажу всех элементов системы CIC на одноступенчатые поршневые компрессоры Битцер, а также приведены принципиальные схемы электрических подключений.

 

Рис. 4. Поршневые двухступенчатые компрессоры Битцер, оснащённые системой CIC

Не менее эффективным является применение системы CIC и на двухступенчатых поршневых компрессорах Битцер, работающих в низкотемпературных установках как на традиционном хладагенте R22, так и на относительно новом для российского рынка, перспективном HFC (ГФУ) хлор-несодержащем хладагенте R410A. Но, с учётом пока ограниченного опыта применения R410A в низкотемпературных установках с to до – 80oC с типовыми двухступенчатыми компрессорами Битцер, их расчёт и подбор, а также рекомендации по подбору других агрегатов установки производится специалистами Bitzer SE по запросу.

 В двухступенчатых компрессорах применение системы CIC является альтернативой использованию механических ТРВ впрыска и ТРВ переохладителя. Комплект системы CIC, специализированной для двухступенчатых компрессоров, дополнен ещё одним датчиком температуры РТ1000, который устанавливается в гнездо на задней торцевой крышке компрессора. Он предназначен для измерения температуры газа в т. н.  промежуточном объёме. В двухступенчатых компрессорах этот объём образован промежуточным патрубком, моторным отсеком и картером компрессора. При работе компрессора в этот объём поступает газ, сжатый в цилиндрах первой ступени до промежуточного давления. Его температура ограничивается либо за счёт впрыска в промежуточный объём жидкого хладагента, либо за счёт смешивания его с холодными парами, поступающими в промежуточный объём из переохладителя.  Логика электронного управляющего модуля настроена таким образом, что по показаниям дополнительного датчика температуры контролируется и перегрев паров в переохладителе.

Таким образом, электронный управляющий модуль во время работы двухступенчатого компрессора получает показания сразу двух датчиков температуры нагнетания, как в первой, так и во второй ступени сжатия. По мере превышения допустимого значения температуры, полученного от любого из них, электронный управляющий модуль выдаёт команду на включение импульсного электромагнитного клапана, через который осуществляется  впрыск жидкого хладагента либо непосредственно в промежуточный патрубок компрессора, либо в переохладитель, если компрессорный агрегат оснащён таким теплообменником.

Если же переохладителя в системе нет, и компрессор работает не на очень низких температурах кипения (не ниже - 30oC) с невысоким перегревом всасываемых паров, то установка второго датчика температуры в промежуточный объём не обязательна. Многие ведущие европейские ОЕМ-компании не ставят его на двухступенчатые компрессоры Битцер в своих установках, если в них нет переохладителей. 

 

Рис. 5. Поршневой двухступенчатый компрессор Битцер без переохладителя, оснащённый системой CIC
Рис. 6. Поршневой двухступенчатый компрессор Битцер с переохладителем, оснащённый системой CIC

 

 

На рис. 5 и 6 показаны следующие основные элементы:

DL- трубопровод нагнетания, SL- трубопровод всасывания, ML- промежуточный патрубок, FL- трубопровод жидкого хладагента;

1- штуцер высокого давления,

3- штуцер низкого давления,

4- место впрыска жидкого хладагента в переохладитель,

4b- место установки датчика температуры нагнетания во второй ступени,

4c- место установки датчика температуры газа в промежуточном объёме - для компрессоров с переохладителями (опция - для компрессоров без переохладителей),

14- штуцер промежуточного давления,

17- переохладитель,

19- штуцер линии возврата масла из маслоотделителя,

22- импульсный электромагнитный клапан впрыска,

23- фильтр на линии подачи хладагента в импульсный клапан

26- смотровой глазок 

 

В официальной технической информации Битцер KT-131-1 CIC System (2-stage reciprocating compressors) даны детальные указания по монтажу всех элементов системы CIC на двухступенчатые поршневые компрессоры Битцер, а также приведены принципиальные схемы электрических подключений.

 

 

 

Корнивец Дмитрий

Представитель Битцер СНГ в Санкт-Петербурге

 

 

bitzer.ru

Установки с компрессорами Битцер

ООО ПКФ «Климат НН», Нижний Новгород.                 5 агрегатов BITZER ECOSTAR для холодильной камеры 400 м3.

www.klimatnn.ru

ЗАО «Молоко» в г.Городец Нижегородской области производит молочную продукцию по традиционным технологиям с 1961 года. Ставка на высочайшее качество натуральной продукции из цельного молока вывело ЗАО «Молоко» в число лидеров, что постоянно отражается в высоких оценках потребителей и специалистов.

zaomilk

В период  экстенсивного роста на заводе было установлено много различных агрегатов традиционного исполнения.

oldunits

При дальнейшем увеличении объемов производства и смещении вектора развития предприятия в пользу улучшения качества продукции руководством было принято решение о реконструкции территории завода и в том числе холодильных камер.

Техническое задание на проектирование реконструируемых камер предполагало решение следующих задач:

  1. Устройство универсальной системы холодоснабжения, включающей в себя - охлаждение, оперативное хранение, экспедицию и транзит продукции в смежные охлаждаемые емкости в едином охлаждаемом объеме.
  2. Охлаждаемый объем 400 м3.
  3. Высота потолка переменная 3…7м.
  4. Температурный режим 0…+4оС с возможностью регулирования согласно временного графика.
  5. Температура входящего продукта +6…+40оС.
  6. Количество одновременно работающего персонала – 8 человек.
  7. Необходимость в технических решениях по защите персонала от избыточной скорости движения воздуха в рабочей зоне.
  8. Предусмотреть зональную интенсификацию процесса охлаждения.
  9. Простое, не требующее дополнительного длительного обучения обслуживающего персонала схемное решение.
  10. Отразить и обосновать в предложении, применяемые энергосберегающие решения.

Ввиду унификации линейки имеющегося оборудования за базовое решение Заказчиком была определена система из 4х (четырех) агрегатов BITZER 4HE-25Y-40P с разделенными контурами и 4х(четырех) воздухоохладителей Lamel(ОАО Гран). 

В качестве альтернативы специалистами ООО ПКФ «Климат НН» было разработано предложение на основе 5ти(пяти) агрегатов BITZER ECOSTAR LHV6/4CES-9F.3Y с регулированием скорости вращения вентиляторов испарителей. Данное предложение позволило решить сложности, связанные с требованиями по защите персонала от избыточной скорости движения воздуха в охлаждаемом помещении и зональности интенсификации процесса охлаждения без устройства дополнительных воздухораспределительных систем.

coldroom

Кроме решения основных требований технического задания у варианта с использованием агрегатов BITZER ECOSTAR были следующие преимущества перед предлагаемым базовым решением:

  • Стоимость предложения на агрегатах BITZER ECOSTAR на 3% ниже по сравнению с решением на агрегатах традиционного исполнения.
  • Простота монтажа и наладки агрегатов BITZER ECOSTAR позволила досрочно завершить работы по вводу холодильной камеры в эксплуатацию. 
  • Энергоэффективность агрегатов BITZER ECOSTAR по сезонному коэффициенту SEPR на 12% выше по отношению к традиционному решению, что приводит к экономии электроэнергии на 25000 кВт*ч в год.

4HE25Y 

4CES9F

  • Удобство обслуживания – гидравлическая схема прокладки фреонопроводов была выполнена аналогично обвязкам имеющихся на заводе ранее установленных агрегатов, что позволило обслуживающему персоналу не тратить время на изучение гидравлической системы.
  • Высокая надежность и безусловная гарантия от производителя.

new

  • Встроенный в контроллер Lodam алгоритм защиты компрессора агрегатов BITZER ECOSTAR позволил разработчикам использовать меньшее количество сосудов в системе. Отсутствие маслоотделителя и отделителя жидкости в агрегатах BITZER ECOSTAR позволило сократить суммарную заправку масла по отношению к традиционному решению в 3 раза - с 30л до 10л.
  • Привлекательный дизайн агрегатов BITZER ECOSTAR, прекрасно вписавшихся в архитектуру завода.
new2

     

  • Щит управления воздухоохладителями на основе компонентов Shneider Electric и контролеров Carel с реле реального времени и HACCP позволяет плавно регулировать работу воздухоохладителей для каждой зоны индивидуально, обеспечивая в ней требуемые условия работы. 
case
  • Данные о состоянии камеры поступают в диспетчерскую, где операторы энергетической службы контролирует текущее состояние инженерных систем завода. 
data

 

Операторами ЗАО «Молоко», так же отмечаются:

- бесшумность работы воздухоохладителей, плавность и актуальность их перехода между режимами работы;

- бесшумность работы и отсутствие сильных вибраций при работе агрегатов BITZER ECOSTAR;

- простота и доступность меню контроля и настройки контроллеров агрегатов BITZER ECOSTAR;

- хорошая визуализация и продуманная логика поиска на мониторе системы управления холодильной камеры.

Dmitriy

Для получения большей информации об этой установке обращайтесь в ООО ПКФ "Климат-НН" к Панкосьянову Дмитрию, раб. тел. (831) 220 46 27 и (831) 275 42 73. Email: [email protected]   

bitzer.ru

Компрессоры Битцер в транспортных системах кондиционирования и охлаждения

 

 

 

Прогресс последних десятилетий во всём мире стимулировал небывалый рост уровня обеспечения комфортом пассажиров и обслуживающего персонала практически на всех видах общественного транспорта. Особенно это коснулось развитых стран, располагающихся в зонах жаркого климата. Потребность каждого человека ездить в поезде или автобусе, в котором поддерживается благоприятный микроклимат, абсолютно естественна. Поэтому, сегодня уже практически все ведущие мировые производители различных средств транспорта и самодвижущихся средств производства предлагают своим заказчикам подвижной состав, оснащённый различными системами кондиционирования. 

 

Сегодня не менее велика потребность и в различных системах транспортного охлаждения. Мировой технический прогресс, а также глобализация производства продуктов питания и торговых сетей стимулируют развитие транспортных систем, позволяющих перевозить охлажденные и замороженные товары в небольших партиях на большие расстояния. Такие средства транспорта позволяют повысить адресность перевозок охлаждённых товаров, а также сохранить их первоначальную свежесть и высокое качество по всей логистической цепи.

 

Можно систематизировать области применения транспортных холодильных систем следующим образом:

Транспортное кондиционирование

·        Салоны пассажирских и почтово-багажных железнодорожных вагонов, автоматрисс и вагонов-ресторанов

·        Кабины машинистов локомотивов, а также различных путевых машин

·        Салоны и кабины водителей городских и междугородних автобусов, троллейбусов и трамваев

·        Судовые помещения

·        Кабины и посты управления самодвижущихся машин: больших экскаваторов и подъёмных кранов различного типа, строительных и дорожных машин, машин военного назначения и т.п.

 

Транспортное охлаждение

·        Рефконтейнеры

·        Автофуры, полуприцепы-рефрижераторы

·        Охлаждаемые автофургоны

·        Вагоны-рефрижераторы

 

Для всех этих применений разработчиками компании Битцер в сотрудничестве со специалистами фирм-изготовителей холодильных систем созданы различные специализированные типы и модификации поршневых, винтовых и спиральных компрессоров, предназначенные именно для транспортного кондиционирования и охлаждения, с учётом специфических стандартов этих отраслей машиностроения.

 

Проводимые этой осенью в Германии две международных выставки “IAA 2008 Commercial vehicles fair” в Ганновере, а также “InnoTrans 2008” в Берлине продемонстрировали огромный интерес к системам кондиционирования и охлаждения в современных средствах транспорта. В сравнении с экспозициями двухлетней давности, многочисленные экспонаты выставок, проводимых в этом году, наглядно показали прогресс в развитии этого оборудования, устанавливаемого, как на автобусы, так и на подвижной состав железных дорог.

На ганноверской и берлинской выставках были представлены  как последние модели автобусов, грузовых и специальных автомобилей, а также железнодорожных локомотивов, вагонов и путевых машин, так и ставшие в последнее время неотъемлемыми для них системы кондиционирования. Ведущие в этой области ОЕМ-компании, такие как Webasto, Spheros, Thermoking, Carrier, Sütrak-Carrier, Konvekta, Liebherr, Faiveley, Merak, и многие другие продемонстрировали на своих замечательных стендах разнообразные агрегаты с различными компрессорами Битцер.

Глядя на это высокотехнологичное новейшее оборудование легко можно было представить себе каких впечатляющих успехов добились инженеры и менеджеры отделения транспортных компрессоров в компании Битцер за последние 15 лет.   Год от года их достижения становятся всё значительнее, и вышеперечисленные лидеры этого сегмента рынка используют компрессоры Битцер в своих агрегатах всё больше и больше, отказываясь от компрессоров других брендов, традиционно доминировавших в транспортном кондиционировании и охлаждении. 

 

Стенд Битцер на IAA 2008

 В этом году компания Битцер традиционно участвовала в ганноверской выставке “IAA 2008 Commercial vehicles fair”, где на своём стенде продемонстрировала как уже традиционные модели компрессоров для транспортного кондиционирования, так и самые последние свои разработки в этой области. 

Осматривая все компрессоры, выставленные на стенде, можно было мысленно воссоздать историю развития этого сегмента продукции начиная со второй половины прошлого века до сегодняшних дней, увидеть в выставленных моделях компрессоров различного типа этапы становления компании Битцер лидирующим производителем компрессоров для систем транспортного кондиционирования и охлаждения.

Каждый из выставленных компрессоров символизировал собой какое-то успешное направление в развитии нашей компании, которое было начато в сотрудничестве с её каким-то стратегическим партнёром для успешной реализации того или иного проекта.

Самый большой сегмент выпускаемых компрессоров Битцер для транспортного применения – это поршневые алюминиевые компрессоры открытого типа. По итогам 2007 и 2008 годов компания Битцер стала крупнейшим мировым производителем транспортных компрессоров данного типа. Эти компрессоры имеют лёгкий, но в тоже время очень прочный корпус из алюминиево-магниевого сплава.

Обычно, такой компрессор устанавливается в моторном отсеке автобуса на шарнирную полку моторной рамы. Привод на компрессор осуществляется от основного мотора автобуса через шкивную передачу. Шкив компрессора смонтирован на электромагнитной муфте, которая осуществляет передачу момента от шкива на вал компрессора по сигналу термостата, размещённого в салоне автобуса.

В конструкцию транспортных поршневых компрессоров добавлены специфические решения, отличающие их от обычных поршневых компрессоров. В цилиндрах установлены стальные гильзы с «плато» - хонингованием (патент Битцер) для обеспечения очень большого ресурса работы. Для большей устойчивости вала и шатунно-поршневых групп при работе в компрессорах такого типа вал со стороны сальника опирается на нетипичный для конструкции малых поршневых компрессоров большой роликовый подшипник качения.

В корпус интегрирован маслоотделитель и регулятор давления в картере для предотвращения сильного уноса масла при пуске холодного компрессора или при неоптимальных режимах его работы.

Особым местом в конструкции таких компрессоров является уплотнительный сальник вала. Этот конструкционный узел разрабатывался дольше других с учётом значительных динамических воздействий на работающий компрессор при движении автобуса, особенно, по пересечённой местности. Запатентованный сальник транспортных компрессоров Битцер имеет два уплотнительных контура для большей его надёжности и долговечности. Отсутствие утечек по сальнику в транспортных компрессорах – главный фактор по удешевлению сервисного обслуживания систем кондиционирования, т.е. снижении эксплуатационных затрат. В транспортных системах кондиционирования и охлаждения этот фактор, пожалуй, даже более значимый, чем значение суммарного СОР установки. Разработчики Битцер с честью справились с этой задачей, и сегодня поршневые транспортные компрессоры Битцер являются одними из самых надёжных и практичных.

                                            4PFCY в разрезе
                                                     6UFCY
                                      F600

 

В настоящее время на заводах Битцер в Германии, Бразилии и Китая производится 4 модели традиционных четырёхцилиндровых и 4 модели шестицилиндровых компрессоров для систем транспортного кондиционирования, а также 4 модели четырёхцилиндровых компрессоров для систем транспортного охлаждения.

Кроме того, уже 4 года производятся 2 инновационных модели четырёхцилиндровых компрессоров для систем транспортного кондиционирования F400Y и F600Y, рассчитанные на повышенные обороты вала до 4500 об/мин! В этих новых компрессорах система внутренней циркуляции масла приводится в действие не традиционным маслонасосом, а «сплэш» - элементом, аналогичным используемым в компрессорах Битцер концепции Octagon.

 

Производство этих компрессоров очень активно развивается и по объёмам выпускаемой продукции очень уверенно догоняет производство традиционных поршневых компрессоров с чугунными корпусами. На выставках “IAA 2006 и 2008” можно было увидеть несомненный успех отделения транспортных компрессоров компании Битцер. Практически все ведущие ОЕМ-компании, производящие системы кондиционирования для самых знаменитых производителей автобусов используют эти компрессоры в своих агрегатах.

Компания Daimler AG имела на выставках IAA 2006 и 2008, пожалуй, самую впечатляющую экспозицию, занимающую целый павильон, оформленный в смелой архитектурной манере.

                                                       MB TRAVEGO
                    MB TRAVEGO
                                            MB TRAVEGO

 Центральное место в этой экспозиции было отведено демонстрации автобусов последних моделей. Каждый из этих комфортабельных отелей на колёсах, разумеется, оснащается системой кондиционирования. Доминантой этой экспозиции был комфортабельный автобус супермодели TRAVEGO. Мне было очень приятно обнаружить под капотом в этом шедевре инженерной мысли компрессор Битцер 4NFRY.

 

Типовой городской автобус на IAA 2008

Подавляющее большинство выставляемых на IAA 2006 и 2008 больших городских и междугородних автобусов различных известных производителей были оснащены системами кондиционирования с компрессорами Битцер. Это свидетельствует о высокой надёжности и качестве этих компрессоров и о том доверии, которое оказывают этим компрессорам ведущие ОЕМ-производители автобусных систем кондиционирования.

В немалой степени развитию автобусного кондиционирования в некоторых странах, в том числе и развивающихся, таких как Китай, Индия и Бразилия, поспособствовала и государственная поддержка. Их законодательными органами приняты соответствующие законы, предписывающие обязательное обеспечение системами кондиционирования некоторых видов городского общественного транспорта. Такие меры значительно стимулируют рост производства транспортных кондиционеров, а, следовательно, и компрессоров для них. Доминирующая продукция заводов компании Bitzer в Китае – это транспортные поршневые компрессоры открытого типа в алюминиевом корпусе, предназначенные для систем кондиционирования автобусов местного производства фирм Yutong, Higer, Kinglong, Golden Dragon, также выставлявшихся на IAA 2008 и имевших немалый успех у посетителей выставки. В настоящий момент, более половины всего парка городских автобусов всех мегаполисов Китая оснащены системами кондиционирования.

 

В России в Санкт-Петербурге на автобусостроительном заводе «Скания-Питер» уже пять лет производятся комфортабельные автобусы серии Scania OmniLine, оснащаемые системами кондиционирования производства компании Spheros AG – стратегического партнёра Битцер.  

В планах компании «Скания-Питер» выпускать и типовые городские автобусы серии Scania OmniLink, оснащённые аналогичными системами кондиционирования.

Но, наряду с европейскими производителями автобусов, организовавших своё производство в России, активно развивает своё производство и Волжский автобусный завод «Волжанин». Это единственный в России завод по производству автобусов, который выставлялся на выставке “IAA 2008 Commercial vehicles fair” в Ганновере. В центре экспозиции «Волжанина» красовалась их последняя разработка - туристический автобус «Дельфин».

 

В серийной комплектации автобуса «Дельфин» предусмотрена система кондиционирования фирмы Thermoking с компрессором Битцер 4PFRY.

Причём, автобус «Дельфин» - это не уникальный концепт, изготовленный специально для выставки в Ганновере, а серийно производимый автобус на базе шасси “Scania”. Недавно значительную партию таких автобусов приобрела одна туристическая фирма из Санкт-Петербурга. В телесюжете об этих автобусах их водители очень положительно отзывались о первом опыте эксплуатации.

У завода «Волжанин» очень большие планы в развитии этого направления, и уже готовы проработки ещё более инновационных моделей.

 

С учётом сложившихся за долгие годы стереотипов на рынке систем транспортного охлаждения очень трудно было начать полноценное сотрудничество с заслуженными мировыми лидерами в этом сегменте рынка. Но шаг за шагом, менеджерами и техническими специалистами Битцер были сделаны немалые подвижки и в этой области. Как уже сказано выше, были разработаны и оптимизированы для хладагентов R134a, R22, R404A/R507 четыре модели четырёхцилиндровых алюминиевых компрессоров открытого типа.

На ганноверских выставках “IAA 2006” и “IAA 2008 Commercial vehicles fair” были представлены различные фуры и автофургоны, оснащённые холодильными агрегатами с компрессорами Битцер. Наиболее впечатляющей выглядела фура-рефрижератор Cool–MАХХ, производства фирмы Kögel, оснащённая холодильным автономным агрегатом Zanotti с транспортным компрессором Битцер 4NFRY.

 

 

 

 

Однако самым успешным проектом для Битцер в области транспортного охлаждения была разработка и начало серийного производства холодильных агрегатов для рефконтейнеров по заказу фирмы MAERSK Container Industri A/S. Программа получила название Star Cool. В наших публикациях уже не раз говорилось об этом замечательном проекте, в процессе реализации которого инженеры Битцер создали несколько модификаций двухступенчатого четырёхцилиндрового поршневого компрессора S4CC-5.2Y с алюминиевым корпусом. С целью достижения максимально высокого СОР при любых рабочих температурах и нагрузках компрессор агрегата, работавшего на хладагенте R134a,  имел возможность переключаться из двухступенчатого в одноступенчатый режим работы, а также оснащался инверторным приводом, обеспечивающим его регулирование производительности в очень широком диапазоне. Встроенный в компрессор и охлаждаемый всасываемыми парами частотный инвертер был разработан специалистами фирмы Danfoss, а всю электронную систему управления агрегатом контейнера разработали инженеры фирмы Lodam electronics, влившейся полтора года назад в структуру компании Bitzer SE.
                               S4CC-5.2Y в агрегате контейнера Star Cool
Один из контейнеров Star Cool на терминале фирмы JFC в Санкт-Петербурге

В настоящее время в условиях растущего мирового спроса на рефконтейнеры производственная программа Star Cool очень активно развивается. Существенный неуклонный рост их выпуска планируется до 2015 и дальше. В компании Битцер производство холодильных агрегатов Star Cool выделено в специальное сборочное предприятие.

 

 

                                        Разрез VSK на стенде IAA

Другим очень успешным и довольно известным совместным проектом, в котором участвовала компания Битцер, стало оснащение системами кондиционирования скоростных поездов ICE немецких железных дорог. К реализации этого проекта приступили в 1985 году, а в 1988 году по окончании заводских и сертификационных ходовых испытаний по всей Германии и сопредельным с ней странам начали курсировать скоростные экспрессы, оборудованные системами поддержания в салонах вагонов и в кабинах машинистов комфортного микроклимата. Специально для этого проекта, а также для других последующих аналогичных проектов проектировщиками компании Битцер в сотрудничестве с инженерами фирм-производителей систем кондиционирования Hagenuk, Friedmann, ABB, Sütrak-Carrier и SAB-Wabco был разработан и испытан новый тип винтовых  компрессоров малой производительности. Созданные в те годы первые серийные герметичные среднетемпературные компактные винтовые компрессоры серии VSK, предназначенные для работы на хладагенте R134a и сегодня являются уникальными. Это самые малые двухроторые винтовые компрессоры из всех кем-либо производимых. При этом винтовые компрессоры серии VSK являются компактными, т.е. нагнетание газа и маслоотделение в этом компрессоре осуществляется в одном общем корпусе. Относительно лёгкие компрессоры серии VSK, имеющие тонкостенный стальной корпус, благодаря своей тихой работе и низкому уровню вибрации очень хорошо подошли для встраивания в вагонные кондиционерные агрегаты. Кроме того, винтовой компрессор очень хорошо подходил для реализованного в тех агрегатах высокотехнологичного частотного инверторного регулирования производительности. Такой способ позволил оснастить кондиционерный агрегат всего одним компактным компрессором,  регулирование производительности которого осуществляется в довольно широком диапазоне за счёт изменения частоты питания от 20Гц до 87Гц.

 

«Действующий» препарат компрессора VSK3161-15Y, изготовленный мастером кафедры «Холодильные машины и НПЭ» СПбГУНиПТ Антипкиным  С. М.

Модульный агрегат нового типа располагался в подкрышном пространстве вагона, а не под его днищем, что значительно упрощало обслуживание агрегатов. Постепенно, данная концепция компоновки в вагонах систем кондиционирования полностью вытеснила бывшее тогда традиционным подвагонное размещение агрегатов с поршневыми компрессорами открытого типа. К слову сказать, и для производства таких агрегатов систем кондиционирования пассажирских вагонов производства ПНР и ГДР в 80-90-е годы использовался компрессор Битцер открытого типа Х4Н.2.

Успешность этого проекта определила развитие и долголетие компрессоров серии VSK. Каждый год происходит увеличение объёмов выпуска этих компрессоров ввиду растущего на них спроса у ОЕМ-компаний в Европе и Азии, специализирующиеся на производстве агрегатов для кондиционирования железнодорожных вагонов и не только. В канун проведения XXVIII Летних Олимпийских Игр системами кондиционирования с компрессорами VSK3161-15Y были оснащены все Афинские троллейбусы.

 

                VSK3161-15Y в агрегате компании «Балтийские кондиционеры»

 

Аналогичные агрегаты для систем кондиционирования железнодорожных вагонов с компрессорами Битцер серии VSK в России уже много лет серийно производятся компаниями «Остров-СКВ» (Москва) и «Балтийские кондиционеры» (Санкт-Петербург). При внешней схожести эти агрегаты имеют многие отличия. Причём, агрегат производства компании «Балтийские кондиционеры» в зависимости от температуры окружающей среды работает как кондиционер, так и обогреватель (тепловой насос).

 

Четыре года назад компания Битцер приступила к серийному производству спиральных компрессоров собственной оригинальной разработки. Основной отличительной особенностью спиральных компрессоров Битцер не имеющих осевого согласования спиралей является уникальная система маслоотделения, обеспечивающая минимальный унос масла в систему даже при неоптимальных режимах работы, а также наличие у них специального дефлектора, расположенного над верхней неподвижной спиралью, благодаря которому она охлаждается всасываемыми парами. Это обеспечивает равномерные тепловые нагрузки на обе спирали компрессора, что делает его более надёжным при работе во всёй широкой области допустимого применения и на всех традиционных хладагентах.

В области высокотемпературного охлаждения и кондиционирования спиральные компрессоры показывают максимальный СОР, что при простоте их конструкции и относительной дешевизне делает скроллы наиболее предпочтительными в данной области применения.

Для применения в агрегатах на железнодорожном транспорте была специально разработана серия горизонтальных среднетемпературных спиральных компрессоров  ELH7, включающая в себя 4 модели компрессоров с объёмной производительностью от 25 до 43 м3/ч также предназначенные для работы на всех традиционных хладагентах, включая R22.

Конструкция и модельный ряд этих горизонтальных компрессоров аналогичны вертикальным скроллам Битцер. Отличие заключается в системе привода внутренней циркуляции масла, которая также аналогична апробированной «сплэш»-системе, используемой в поршневых компрессорах Битцер концепции Octagon.

                ELH736 в агрегате компании «Балтийские кондиционеры»

Ввиду отсутствия осевого согласования в спиральных компрессорах Битцер их объёмную производительность также можно регулировать, изменяя частоту питания их моторов через  инверторы в диапазоне от 35 до 65Гц.

Одним из первых значительных проектов, в котором были использованы спиральные компрессоры серии  ELH7, было оснащение системами кондиционирования вагонов шанхайского метро в Китае. Агрегаты были изготовлены и поставлены на вагоны компанией Merak, сделавшей очень большой заказ на Битцер. На стенде компании Merak на выставке “InnoTrans 2008” в Берлине была выставлена наглядная информация об этом пионерном проекте. Во время опытной эксплуатации агрегаты показали очень хорошие результаты, и компания Merak планирует новые проекты со спиральными компрессорами Битцер.

Первыми российскими компаниями, использовавшими горизонтальные спиральные компрессоры Битцер в своих пока опытных агрегатах кондиционирования вагонов, были, как всегда, московский «Остров-СКВ» и две петербургские компании «Балтийские кондиционеры» и «Петроклима».

 

Но самым новаторским и инновационным был последний совместный проект с немецкой компанией Spheros AG по созданию автономных агрегатов кондиционирования салонов автобусов, а также места водителя.

Основным недостатком традиционных систем кондиционирования автобусов является прямая зависимость производительности компрессора от числа оборотов основного двигателя, ну а при выключенном моторе кондиционер не работает вообще. Более того, из-за неоптимального распределения воздушных масс по салону, а также из-за ступенчатого регулирования производительности компрессора (CR100% и CR50%) эффективность работы всей системы кондиционирования автобусов иногда бывает довольно низкой. 

В основу новой разработки была положена концепция более эффективного мультизонального кондиционирования салона и места водителя путём установки на крышу автобуса нескольких небольших агрегатов, оснащённых полугерметичными компрессорами с отдельным электропитанием, имеющими широкий диапазон регулирования. Работа каждого агрегата определяется температурой воздуха, находящегося в зоне его охвата и никак не зависит от режима работы основного двигателя автобуса.

 

                                      Рекламный лифлет Spheros
                                            ECh309 на IAA 2008

Для этих агрегатов специалистами компании Битцер был разработан и испытан специальный горизонтальный компрессор ЕСН209. Эти полугерметичные компрессоры имеют алюминиевый корпус и оснащены встроенным ЕС-мотором с питанием постоянным током 24В от бортовой электросети автобусов.  Видимо этот маленький компрессор положил начало абсолютно новому направлению развития транспортных компрессоров, и радостно сознавать, что и тут разработчики Битцер оказались "впереди планеты всей".

 

Технические характеристики компрессора ECh309 24VDC

 

 

 

Тип компрессора

Спиральный полугерметичный

Материал корпуса

Алюминий

Холодопроизводительность, кВт,

при to/tc/tuk/toh= 5/50/0/10 и 2100 об/мин

2,91

COP при to/tc/tuk/toh= 5/50/0/10 и 2100 об/мин

2,55

Высота, мм

172,5

Ширина, мм

145

Длина, мм

421

Вес, кг

17

Уровень звуковой мощности, dBa

при to/tc/tuk/toh= 5/50/0/10 и 2100 об/мин

<65

Пусковой ток, A

-

Максимальный ток, A

53

Хладагент

R134a

Ограничения по toh/tc

20°C/55°C

Диапазон регулирования скорости вращения ротора мотора, об/мин

900-2100

 

Полугерметичный спиральный компрессор ЕСН209 24V DC с электронным регулированием скорости вращения ротора мотора (ШИМ) обладает следующими бесспорными преимуществами по сравнению с традиционными поршневыми компрессорами открытого типа:

·        повышенная энергетическая эффективность благодаря спиральной технологии и отсутствие ременной передачи

·        холодопроизводительность не зависит от числа оборотов основного мотора грузовика или автобуса и, таким образом, в любое время обеспечивает требуемую холодопроизводительность

·        очень тихая и плавная работа компрессора, он спокойно переносит вибрацию

·        минимизирован риск утечек хладагента благодаря полугерметичному исполнению и отсутствию открытого сальника приводного вала, а также малому количеству используемого хладагента в контуре 

·        малые затраты на обслуживание - нет сальника вала, нет приводных ремней – в случае поломки несложная замена компрессора

·        высокая надёжность, меньше деталей, встроенное в безщёточный мотор электронное защитное устройство, использование общеупотребимых и недорогих компонентов для 24V DC

·        меньше риск поражения электротоком благодаря применению низковольтного оборудования 24V DC.

 

Возможно по заказу оснащение компрессоров ЕСН209 ЕС-моторами на 48В и др.

 

Сегодня уже свыше 100 компрессоров ЕСН209 находятся в опытной эксплуатации, проводимой фирмой Spheros начиная с июня 2007г. Серийное производство этих компрессоров на Битцер начато с января 2008 года. В настоящий момент фирма Spheros имеет эксклюзивные права на этот компрессор в области кондиционирования автобусов. Другие возможные области применения: прогулочные суда, дорожная и строительная техника, железнодорожный и авиационный транспорт, а также различные военные применения, в настоящий момент открыты.

Помимо Германии компрессоры ЕСН209 проходят опытную эксплуатацию в системах кондиционирования, разработанных компаниями США, Китая и России.

В России фирма «Балтийские кондиционеры» была первой компанией, заказавшей компрессор ЕСН209 для своей опытной установки. Инженеры компании спроектировали, смонтировали и уже провели стендовые испытания в климатической камере агрегата с этим компрессором, предназначенного для кондиционирования кабин машинистов локомотивов. Такие агрегаты являются серийной продукцией завода «Балтийские кондиционеры». Использование нового компрессора с питанием постоянным током, а также обеспечивающего плавное регулирование производительности в широком диапазоне значительно упрощает конструкцию кондиционерного агрегата и удешевляет его. 

 

      Кондиционер производства «Балтийские Кондиционеры» на электровозе

Компания «Балтийские кондиционеры» планирует серийное производство агрегатов кондиционирования с ЕСН209 для нескольких локомотиворемонтных и локомотивостроительных заводов России и стран СНГ, для чего уже сделал заказ на партию новых спиральных компрессоров.

Компания «Остров-СКВ» получила первый компрессор ЕСН209 для изготовления опытного кондиционера, также предназначенного для кабины машиниста локомотива.

Другие российские компании, занимающиеся климатическими системами, тоже заинтересовались этим компрессором и планируют его использование в своих агрегатах кондиционирования.

 

Успех нового горизонтального спирального компрессора ЕСН209 позволил разработчикам Битцер сделать следующий шаг в этом направлении.

Одной из наиболее актуальных задач, стоящих сегодня перед разработчиками новых систем кондиционирования, а также входящих в них узлов и агрегатов, является создание перспективных систем, работающих на природных хладагентах. Наиболее подходящим хладагентом для транспортных систем на сегодняшний день считается СО2. Некоторые европейские ОЕМ-компании уже изготовили и провели испытания систем кондиционирования автобусов и вагонов, где СО2 используется в качестве хладагента. Такие системы были представлены на выставках “IAA 2008 Commercial vehicles fair” в Ганновере и “InnoTrans 2008” в Берлине. К сожалению, на сегодня это только концептуальные решения. Пока не удаётся сделать их коммерческими из-за очень высокой стоимости. Но разработчики не унывают и продолжают перспективные работы, вовлекая в них фирмы-изготовители специальных комплектующих: компрессоров, автоматики, клапанов и т.п.

Так совместно с фирмой Spheros инженерами Битцер был разработан прототип горизонтального герметичного спирального компрессора на CO2, также оснащённого ЕС-мотором постоянного тока на 24В. Этот компрессор, получивший обозначение ECT201K, отличается очень малым весом и габаритами. Он также предназначается для агрегатов мультизональной системы кондиционирования салонов автобусов, а также для других аналогичных применений.

                                       ECT201K на IAA 2008

В планах компании Битцер в 2009 году начать предсерийное производство таких компрессоров, имеющих холодопроизводительность от 3 до 4 кВт. Встроенный ЕС-мотор позволяет плавно регулировать производительность компрессора ECT201K в диапазоне от 40% до 100%, изменяя частоту вращения вала от 2200 до 5500 об/мин.

 

 

В заключение можно ещё раз подчеркнуть значимость для компании Битцер развития производства компрессоров для систем транспортного кондиционирования и охлаждения. Благодаря плодотворному взаимодействию с ведущими производителями этих систем разработчики Битцер создают новые модели компрессоров. На заводах компании год от года растёт объём выпуска транспортных компрессоров разнообразных типов. Есть немалая надежда на то, что и ведущие российские компании, занятые в области транспортного кондиционирования внесут свой вклад в это взаимодействие.

Возможно, что с учётом текущей ситуации в современной экономике многие ведущие российские холодильные компании начнут искать для себя какие-то новые задачи и, возможно, увидят какие-то нетипичные области применения своим холодильным установкам. Для того, что бы оптимальное решение всегда было найдено инженерами и менеджерами этих компаний вовремя им необходимо иметь информацию о всей продукции Битцер, даже о той, которая поставляется только специализированным ОЕМ-компаниям и не продаётся дистрибьюторами оборудования Битцер.

 

 

Корнивец Дмитрий

Представитель Битцер СНГ в Санкт-Петербурге

 

bitzer.ru

Повышение эффективности холодильных установок с компрессорами BITZER

 Главной задачей, стоящей в настоящее время перед производителями холодильных и климатических установок различного назначения, является повышение производительности и эффективности входящих в них компрессоров и теплообменного оборудования. Эта идея не потеряла своей актуальности за всё время развития холодильного оборудования с момента зарождения этой отрасли промышленности до наших дней. Сегодня, когда стоимость энергоресурсов, а также размер парка эксплуатируемого и вводимого в эксплуатацию холодильного оборудования достигли таких впечатляющих высот, повышение эффективности систем производящих и потребляющих холод стало актуальной мировой проблемой. С учётом того, что проблема эта носит комплексный характер, действующие законодательства большинства европейских государств стимулируют разработчиков холодильных систем на повышение их эффективности и производительности.

 

Более того, в новейшей истории правительствами многих стран с высокоразвитой холодильной промышленностью были приняты законы, регламентирующие развитие холодильного оборудования. Эти специальные директивы предписывают разработчикам холодильных систем помимо совершенствования схем изготавливаемых установок учитывать также природоохранные требования и делать акцент на использование современных озонобезопасных и несоздающих парниковый эффект хладагентов.

 

В настоящий момент передовыми разработчиками холодильного оборудования накоплен колоссальный опыт создания надёжных установок различных схем и назначений,  в которых функционирование всех входящих элементов максимально оптимизировано и эффективно.

 

Учёными ведущих профильных американских и европейских университетов создана стройная научная база проектирования холодильных систем, разработаны корректные программы термодинамического расчёта различных холодильных циклов для установок на различных современных хладагентах.

 

Фирмы-изготовители холодильных компонентов выпустили свои функциональные программы подбора оборудования, по которым пользователи получили возможность рассчитывать в статике и динамике рабочие параметры компрессоров, теплообменников и автоматики, а также всего холодильного комплекса в целом. 

 

Всё это позволило компаниям-производителям холодильных систем, работающим в тесном взаимодействии с изготовителями входящих компонентов, за последние несколько десятилетий существенно увеличить холодопроизводительность и эффективность установок с компрессорами той же объёмной производительности, что и их прежние модификации, но обладающими значительно более высокими СОР.

 

В последние годы, когда необходимость повышения эффективности холодильных и климатических установок, а также снижения их TEWI значительно обострилась, наиболее обсуждаемыми стали высокоэффективные установки, в которых реализован один или сразу все факторы повышения их текущего и среднегодового СОР:

  • Применение компрессоров, воздушных конденсаторов и маслоохладителей с инверторным регулированием производительности.
  • Работа компрессоров с минимальным перепадом рабочих давлений или с т.н.  «плавающей» температурой конденсации.
  • Работа конденсаторов с минимальным перепадом температур.
  • Использование в установках хладагентов R134a, ХР10, R717(Nh4), R744(CO2)  и др., а также специализированных под них компрессоров, обеспечивающих более высокий СОР, по сравнению с традиционным решением.
  • Применение в установках различных систем переохлаждения жидкого хладагента.
  • Применение в установках различных систем промежуточного дросселирования жидкого хладагента.
  • Применение затопленных испарителей.
  • Применение регенеративных теплообменников.

 Первые перечисленные четыре фактора уже были подробно рассмотрены в недавних наших публикациях, поэтому в настоящей статье стоит отметить только, что компания BITZERактивно работает со своими заказчиками и постоянно предлагает на рынке новые специализированные под определённые хладагенты модели поршневых, винтовых и спиральных компрессоров, модели компрессоров со встроенными и внешними частотными инверторами, а также инновационные и высокоэффективные компрессорно-конденсаторные агрегаты EcoStar на их базе. Эффективность этих компрессоров и агрегатов можно наглядно увидеть в результатах их расчётов по очень удобной для пользователей и очень информативной программе подбора оборудования BitzerSoftware.

 

Переохлаждение в холодильных установках

 

Переохлаждение жидкого хладагента после конденсатора – существенный способ увеличения холодопроизводительности холодильной установки. Понижение температуры переохлаждаемого хладагента на один градус соответствует повышению производительности нормально функционирующей холодильной установки примерно на 1% при том же уровне энергопотребления. Эффект достигается за счёт уменьшения при переохлаждении доли пара в парожидкостной смеси, которой является сконденсированный хладагент, поступающий к ТРВ испарителя даже из ресивера.

В низкотемпературных холодильных установках применение переохлаждения особенно эффективно. В них переохлаждение сконденсированного хладагента до значительных отрицательных температур позволяет увеличивать холодопроизводительность установки более чем в 1,5 раза.

 В зависимости от размеров и конструкции холодильных установок реализовать этот фактор можно в дополнительном теплообменнике, устанавливаемом на жидкостной линии между ресивером и ТРВ испарителя, различными способами.

 

Переохлаждение хладагента за счёт внешних источников холода

  • в водяном теплообменнике за счёт использования доступных источников очень холодной воды 
  • в воздушных теплообменниках в холодное время года  
  • в дополнительном теплообменнике холодными парами от внешней/вспомогательной холодильной установки

Переохлаждение за счёт внутренних ресурсов холодильной установки

  • в теплообменнике - переохладителе за счёт расширения части фреона, циркулирующего в основном холодильном контуре - реализуется в установках с двухступенчатым сжатием и в сателлитных системах, а также в установках с винтовыми, поршневыми и спиральными компрессорами, имеющими промежуточные порты всасывания
  • в регенеративных теплообменниках холодными парами, всасываемыми в компрессор из основного испарителя -                  реализуется в установках, работающих на хладагентах с низким значением показателя адиабаты, главным образом   HFC  (ГФУ) и HFO (ГФО)

 Системы переохлаждения, использующие внешние источники холода всё ещё довольно редко применяются на практике. Переохлаждение от источников холодной воды применяется, как правило, в тепловых насосах – водонагревательных установках, а также в средне- и высокотемпературных установках, где в непосредственной близости от них есть источник прохладной воды - используемые артезианские скважины, естественные водоёмы для судовых установок и т.д. Переохлаждение от внешних дополнительных холодильных машин реализуется крайне редко и только в очень больших установках промышленного холода.

 

Переохлаждение в воздушных теплообменниках применяется тоже весьма нечасто, так как эта опция холодильных установок пока малопонятна и непривычна для российских холодильщиков. Кроме того, проектировщиков смущают сезонные колебания значений повышения холодопроизводительности установок от применения в них воздушных переохладителей.

 

Системы переохлаждения, использующие внутренние ресурсы широко применяются в современных холодильных установках, причём с компрессорами практически всех типов. В установках с винтовыми и двухступенчатыми поршневыми компрессорами применение переохлаждения уверенно доминирует, так как возможность обеспечивать всасывание паров с промежуточным давлением реализована непосредственно в конструкции этих типов компрессоров.

 

 

Переохлаждение в установках с поршневыми и спиральными компрессорами Битцер

 

В настоящей публикации стоит отметить ещё раз, что именно в установках двухступенчатого сжатия с переохлаждением достигается максимальный СОР, особенно, в низкотемпературных установках, где перепад рабочих давлений рс/ро наиболее высокий. Дополнительным преимуществом установок двухступенчатого сжатия является возможность использовать системы переохлаждения.

Пример диаграммы цикла холодильной установки с двухступенчатым поршневым компрессором (в сравнении с циклом установки с одноступенчатым компрессором)

 

В полугерметичном двухступенчатом компрессоре: М - электродвигатель, HP - высокое давление, LP - низкое давление, MP - промежуточное давление после первой ступени

 

Наиболее распространёнными являются низкотемпературные установки с поршневыми двухступенчатыми компрессорами, как с одним общим, так и с индивидуальными переохладителями. Такие установки монтируются на различных технологических предприятиях по производству и хранению замороженных полуфабрикатов, мороженого, для низкотемпературных испытательных камер, а также в крупных супер- и гипермаркетах и т.п.

Эти установки достаточно просты по конструкции, более того, настройка их рабочих параметров осуществляется также достаточно просто и быстро. СОР таких установок значительно выше одноступенчатых централей со стандартными низкотемпературными компрессорами. 

Для применения в низкотемпературных холодильных установках серийные двухступенчатые поршневые компрессоры Битцер могут поставляться заказчикам уже полностью агрегатированными на заводе-изготовителе с полностью собранной ветвью переохлаждения, включающей в себя все необходимые компоненты: индивидуальный переохладитель и ТРВ в надёжной теплоизоляции, соленоидный клапан и фильтр-осушитель.

Но, также возможно применение в установках с двухступенчатыми компрессорами одного общего переохладителя. Это упрощает конструкцию установок, но немного усложняет их системы управления. Поэтому к таким решениям стремятся наиболее передовые европейские компании, имеющие за плечами колоссальный опыт создания инновационных высокоэффективных систем.

 

                    Централь Linde

 

 

В коммерческом холоде используют также установки двухступенчатого сжатия комбинированного типа с переохлаждением с одноступенчатыми поршневыми компрессорами. Такие установки монтируются, как правило, в небольших магазинах с разнотемпературными потребителями холода. Низкотемпературные бустер-компрессоры работают на низкотемпературные испарители и нагнетают всасываемый из них пар в промежуточный коллектор. Среднетемпературные компрессоры работают на среднетемпературные испарители и нагнетают всасываемый из них пар, а также пар из промежуточного коллектора в конденсатор установки. Жидкий хладагент переохлаждается в переохладителе холодными парами, которые после теплообменника поступают в промежуточный коллектор, давление в котором прибл. совпадает с давлением всасывания среднетемпературной ступени. Такие установки так же, как и централи с двухступенчатыми компрессорами с переохладителями имеют очень высокую эффективность. Но, в двухступенчатых установках с одноступенчатыми компрессорами Битцер с переохладителями можно получить значительно большую производительность с очень высоким СОР.

 

Схема двухступенчатой комбинированной установки

 

1.       Компрессор низкой ступени - бустер (низкое давление всасывания)

2.       Компрессор высокой ступени (высокое давление всасывания)

3.       Маслоотделитель

4.       Масляный ресивер

5.       Клапан дифференциального давления (1,4 бар)

6.       Уравнительная линия сброса давления паров из масляного ресивера

7.       Регулятор уровня масла (рассчитан на дифференциальное давление 6,5 бар, изменяемая уставка уровня масла)

8.       Регулятор уровня масла (стандартное исполнение или как поз. 7)

9.       Конденсатор

10.    Терморасширительный вентиль (впрыскивание жидкости) переохладителя или для промежуточного охлаждения

11.    Переохладитель жидкости

12.    Терморасширительный вентиль низкотемпературного испарителя (низкое давление)

13.    Низкотемпературный испаритель (низкое давление)

14.    Терморасширительный вентиль среднетемпературного испарителя (высокое давление)

15.    Среднетемпературный испаритель (высокое давление)

 

 

Как вариант компромиссный таким высокоэффективным установкам двухступенчатого сжатия с одноступенчатыми компрессорами с промежуточным коллектором и переохладителем можно рассматривать сателлитные централи. В таких установках также можно применять систему переохлаждения жидкого хладагента, поступающего в низкотемпературные испарители. Подобные установки рассчитываются таким образом, чтобы промежуточное давление для низкотемпературной ветви сателлитной установки примерно совпадало с давлением всасывания для компрессоров среднетемпературной ветви.

 

Переохлаждение в таких установках осуществляется в теплообменнике-переохладителе кипящими после специального ТРВ холодными парами основного хладагента, которые после переохладителя всасываются через среднетемпературный коллектор среднетемпературными компрессорами. Эффективность таких установок ниже, чем у установок двухступенчатого сжатия, но они немного проще по конструкции, и, в связи с этим, их чаще применяют для небольших среднетемпературных и не очень низкотемпературных потребителей, главным образом, в коммерческом холоде.

 

Компания «Кифато» стала первым в России серийным производителем таких сателлитных установок с переохладителями жидкого хладагента поступающего в низкотемпературные потребители. Причём, дополнительным отличием этих установок от многих им подобных является использование в одной установке практичных низкотемпературных поршневых компрессоров и высокоэффективных среднетемпературных спиральных компрессоров Битцер.

 

Схема сателлитной централи с переохлаждением

 

Диаграмма сателлитной централи с переохлаждением

 

Сателлитные установки с переохлаждением компании "Кифато"

 

 

Установки с двухступенчатым сжатием работают в настоящее времяна различных известных хладагентах, включая R410A и R134a, а также на идущем ему на смену перспективном хладагенте  Opteon XP10. У компании BITZER есть прекрасный пример разработки и производства таких инновационных систем. Блестящим подтверждением теории переохлаждения в системах двухступенчатого сжатия являются производимые компанией Битцер чрезвычайно эффективные холодильные агрегаты Star Cool на R134a с двухступенчатыми поршневыми компрессорами Битцер S4CC-5.2Y...S4BCF-5.2Y с переохладителями и со встроенными частотными инверторами для рефконтейнеров MAERSK Star Cool.
 

 Агрегат StarCool на базе двухступенчатого поршневого компрессора S4CC-5.2Y для рефконтейнеров MAERSK

 

 

Переохлаждение в установках с винтовыми компрессорами Битцер

 

Винтовые компрессоры благодаря их конструкционным особенностям наиболее приспособлены для использования в установках с ними систем переохлаждения. Давление нагнетаемых паров возрастает вдоль винтовой пары по направлению от порта всасывания к фланцу нагнетания. В корпусе винтового компрессора на боковой поверхности есть специальный порт всасывания, расположение которого относительно положения винтовой пары соответствует месту промежуточного давления аналогично системам с двухступенчатым сжатием.

 

ЭКО-порт в винтовом компрессоре

 

Таким образом, применение одноступенчатых винтовых компрессоров особенно в низкотемпературных установках с большим перепадом рабочих давлений позволяет достигать положительного эффекта значительного повышения холодопроизводительности аналогично тому, как это осуществляется в установках с двухступенчатым сжатием и переохлаждением.

Схема холодильной установки с винтовым компрессором с экономайзером ЭКО

Диаграмма циклов холодильной установки с винтовым компрессором с ЭКО (синий цикл) и с винтовым компрессором без ЭКО (красный цикл)

 

Схема установки с винтовым компрессором аналогична схеме установки с поршневым двухступенчатым компрессором. На жидкостном трубопроводе между ресивером и ТРВ испарителя устанавливается теплообменник-переохладитель, в котором жидкий хладагент переохлаждается холодными парами от кипения этого же хладагента расширенного специальным ТРВ. После переохладителя перегретые пары (рекомендуемое значение перегрева 7К…10К) поступают в порт  промежуточного давления в винтовом компрессоре. Такая схема получила название «экономайзер» винтового компрессора.

 

Расчёт винтовых компрессоров Битцер с экономайзером производится по программе подбора оборудования Bitzer Software. Основные параметры, используемые в расчётах, согласованы со стандартом EN12900. Температура переохлаждённого жидкого хладагента (tcu) должна быть выше на 10К насыщенной температуры кипения паров (tms) в переохладителе. При расчётах по программе можно также ввести и индивидуальные значения переохлаждения, но при работе установки с меньшей разницей (tcu-tms) обеспечить стабильное переохлаждение затруднительно.  

 

Более того, следует иметь в виду, что в реальных установках после конденсатора обязательно должно быть обеспечено переохлаждение, по крайней мере, на 2К от насыщенной tc  на входе в переохладитель, чтобы не допускать опасности окончательного завершения в нём процесса конденсации.

 

Применение схемы с экономайзером позволяет не только увеличить производительность винтового компрессора и всей установки, но и улучшить газодинамические процессы сжатия в самом компрессоре.

  

p-V диаграмма процессов сжатия

1 - процесс сжатия в винтовом компрессоре без ЭКО

2 - процесс сжатия в винтовом компрессоре с ЭКО с большим перепадом рабочих давлений

3 - давление в порту нагнетания компрессора при идеальном сжатии

4 - потери вследствие избыточного сжатия (пересжатие)

5 - потери вследствие недостаточного сжатия (недосжатие)

p1, p2, pi - давление всасывания, нагнетания и внутреннего сжатия соответственно

 

 

К компоновке агрегатов в холодильной установке с винтовыми компрессорами с экономайзерами предъявляются следующие основные требования:

  • Переохладитель / промежуточный ресивер жидкого хладагента желательно располагать на раме ниже уровня компрессора, чтобы избежать обратного протока масла или жидкого хладагента в компрессор во время его выключения.
  • Во время работы на переходных режимах, а также в период его работы с выключенным экономайзером винтовой компрессор может вытеснять некоторое количество масла из винтовых профилей через ЭКО порт в ЭКО патрубок. Для предотвращения попадания масла в переохладитель и его внутреннего загрязнения ЭКО патрубок должен иметь оформленное восходящее по вертикали вверх над ЭКО портом min на 20см колено, выполняющее функцию гидрозатвора
Конфигурация ЭКО-патрубка

 

  • ЭКО порт напрямую ведет к винтовым профилям. Для защиты компрессора на ЭКО патрубке должен быть установлен фильтр тонкой очистки (размер ячейки фильтрации max 25 мкм).
  • Для изготовления непротяжённых по длине ЭКО патрубков рекомендуется использовать трубы следующих диаметров:

                         - OS. / HS. 53                                                              Ø 18 мм (3 / 4 ")

                         - OS. / HS. 64 .. 74, а также CS. 65 .. 75                       Ø 22 мм (7 / 8 ")

                         - OS. / HS. 85, а также CS. 85                                      Ø 28 мм (1 1 / 8 ")

                         - CS. 95                                                                       Ø 35 мм (1 3/8")

Причём, для полугерметичных и открытого типа винтовых компрессоров последних серий OS. / HS. 85, а также для компактных винтовых компрессоров всех серий CS поставляются специальные ЭКО адаптеры с шумоглушителями и запорными вентилями. Артикулы для специального заказа этих узлов указаны в соответствующих разделах руководств по проектированию винтовых компрессоров Битцер SH-110 и SH-170. Более того, ЭКО адаптер для компрессоров серий OS. / HS. 85 поставляются с ЭКО патрубком с уже оформленным восходящим коленом.

 

В качестве переохладителей в подавляющем большинстве установок используются пластинчатые медно-паяные теплообменники. Но, возможно применение и теплообменников других типов: пластинчатые разборные, змеевиковые, коаксиальные (труба в трубе) и др.  

В установках с винтовыми компрессорами аналогично установкам с двухступенчатыми поршневыми компрессорами возможно применение как индивидуальных каждому компрессору переохладителей, так и одного общего переохладителя для всех компрессоров.

 

       Централь фирмы "Эйркул" с индивидуальными

         переохладителями для каждого компрессора

 

 

Централь  фирмы "АМО-Холод" с одним общим переохладителем

 

 

При проектировании таких многокомпрессорных параллельных централей с общим переохладителем следует обязательно устанавливать на общий отрезок трубопровода всасывания из переохладителя клапан-регулятор давления "до себя" EPR. Он должен поддерживать стабильное давление кипения peco в переохладителе. Этот клапан должен быть настроен на давление немного ниже значения peco, полученного при полной нагрузке, т.е при 100% производительности централи. При правильной настройке этого регулятора обеспечивается стабильное поддержание постоянной температуры переохлаждения жидкого хладагента при различной производительности централи.

Схема двухкомпрессорной установки с одним общим переохладителем

 

Более того, для стабильного функционирования общего переохладителя при переменной производительности установки вследствие включения различного числа компрессоров и/или использовании в централи компрессоров различной производительности необходимо провести корректный подбор ТРВ. Производительность ТРВ должна соответствовать общей производительности централи, а также каждой ступени её регулирования. Возможно применение электронных ТРВ, а также и механических ТРВ, причём не одного, а нескольких. Например, в установке с тремя одинаковыми винтовыми компрессорами с одним общим переохладителем на ЭКО линии устанавливаются два механических ТРВ - с большей и меньшей производительностью. Схема их включения такова: когда работает один компрессор, задействуется (через соленоид) меньшее ТРВ, когда работают два компрессора - большее ТРВ, когда работают все три компрессора - оба ТРВ.

 

Включение экономайзера после запуска винтового компрессора осуществляется либо по реле давления, настроенное на давление близкое к расчётному давлению всасывания, либо по реле времени, через 1 минуту после пуска компрессора. За это время компрессор в нормально функционирующей установке должен выйти на расчётный режим работы.

На включение экономайзера есть ограничения, связанные с регулированием производительности винтовых компрессоров Битцер серий OS. / HS. 53..64..74. Клапаны фиксированных ступеней регулирования производительности CR у компрессоров этих типов  изменяют эквивалентную рабочую длину пары винтовых профилей. Так как, ЭКО порт этих компрессоров расположен на фиксированном месте камеры сжатия, то включение экономайзера может производиться только тогда, когда рабочая длина профилей винтов захватывает ЭКО порт, и происходит устойчивое всасывание паров через него. Таким образом, экономайзер может быть включён у компрессоров серий OS. / HS. 64..74 только на ступенях регулирования производительности 75%..100%, а у компрессоров серий OS. / HS. 53 на ступенях 100%..90%(85%).

 

У полугерметичных винтовых компрессоров серии OS. / HS. 85,  а также у компактных компрессоров всех серий CS регулирование производительности осуществляется перемещающимся вдоль профилей винтов золотником. ЭКО порт у компрессоров этих серий установлен непосредственно в этом золотнике, т. е. впрыск пара из экономайзера производится всегда в рабочую зону пары винтовых профилей. Это позволяет расширить диапазон регулирования производительности, при котором возможно экономайзера и повышение производительности и эффективности установки за счёт применение переохлаждения.

См. подробную информацию в руководствах Битцер SH-100, SH-110 и SH-170.

 

Теплообменники-переохладители, все участки ЭКО патрубков, а также жидкостные трубопроводы от переохладителей до ТРВ испарителей должны быть надёжно теплоизолированы. Это наиболее критично для низкотемпературных установок, в которых жидкий хладагент переохлаждается до значительных отрицательных температур. Плохая или повреждённая теплоизоляция может свести на нет весь эффект переохлаждения, и вместо ожидаемого увеличения производительности и эффективности установки произойдёт их снижение.

Нет теплоизоляции трубопровода переохлаждённой жидкости                    Нет теплоизоляции всего ЭКО

 

На фото приведены примеры неквалифицированного монтажа систем переохлаждения. В обеих установках с винтовыми компрессорами на жидкостной линии переохлаждённого хладагента, идущей от переохладителя к испарителям, полностью отсутствует теплоизоляция. Более того, в установке, изображённой на фото справа, теплоизоляция отсутствует также на самом переохладителе и на идущем к компрессору ЭКО патрубке. В результате, температура жидкости перед испарителями, судя по всему, близка к температуре окружающей среды, но никак не к расчётной температуре переохлаждения. Таким образом, дополнительная мощность мотора компрессора и конденсатора, потраченная на нагнетание и конденсацию дополнительного массового расхода хладагента, поступающего в переохладитель, а не в испарители, расходуется безрезультатно. Вместо ожидаемого прироста производительности и эффективности установки заказчик, очевидно, констатирует их нехватку.

 

Квалифицированным монтажникам передовых холодильных компаний, производящих сложные высокоэффективные установки большой производительности надо всегда иметь это в виду и использовать при монтаже установок с переохладителями качественную теплоизоляцию необходимой толщины, предназначенную для низкотемпературных холодильных, а не сантехнических и др. систем. 

 

При проведении пусконаладочных работ необходимо контролировать работу системы переохлаждения, замеряя и настраивая все её функциональные параметры на всех возможных ступенях регулирования производительности установки: peco, tms, tc, tcu, перегрев паров в переохладителе (tcu-tms), переохлаждение фактическое (tc - tcu), фактическую температуру переохлаждённой жидкости  перед ТРВ испарителя, т.е. потери в линии переохлаждения.

 

Промежуточное дросселирование в установках с компрессорами Битцер

 

Повышение производительности установки за счёт промежуточного дросселирования всего жидкого хладагента, поступающего в испарители, практически не реализуется проектировщиками российских холодильных компаний, работающих с оборудованием Битцер. Такие схемы больше распространены у производителей аммиачных систем. Фреоновые установки с промежуточным дросселированием встречаются значительно реже.

Схема холодильной установки с промежуточным дросселированием:

1 – компрессор; 2 – маслоотделитель; 3 – конденсатор;

4 – дросселирующий клапан–регулятор расхода;

5 – промежуточный ресивер; 6 – клапан–регулятор давления «после себя»;

7 – ЭКО- порт винтового компрессора

 

 
               p – Н диаграмма  холодильной установки                  с промежуточным дросселированием

 

Суть эффекта промежуточного дросселирования заключается в следующем, см. Р-Н-диаграмму и схему установки. Сконденсированный жидкий хладагент поступает из конденсатора в специальный вертикальный промежуточный ресивер, имеющий название “Open flash tank”, через дросселирующий клапан-регулятор расхода, обеспечивающий необходимый уровень заполнения этого ресивера, в котором пар и жидкость находятся в равновесном состоянии. Такая система, используемая в установках с винтовыми компрессорами, у специалистов-холодильщиков также получила название «экономайзер».

 

В этом промежуточном ресивере происходит охлаждение жидкого хладагента за счёт испарения части его массового расхода, так как давление в нём ниже давления конденсации pc и соответствует прибл. промежуточному давлению, аналогично системам с двухступенчатым сжатием. Поддержание в сосуде промежуточного давления достигается за счёт того, что верхний его объём соединён через клапан регулятор давления РС «после себя» с ЭКО портом винтового компрессора peco или промежуточным коллектором двухступенчатой установки с поршневыми компрессорами, либо с промежуточным коллектором поршневого двухступенчатого компрессора. Таким образом, жидкий хладагент охлаждается в промежуточном ресивере до насыщенной температуры кипения tms паров при промежуточном давлении.

 

Величина промежуточного давления в экономайзере различается в зависимости от модели компрессора, режима работы (температур испарения и конденсации to/tc), а также величины ЭКО-массового расхода. Следовательно, конечная температура жидкости не является постоянной при различных начальных условиях. Дополнительное охлаждение жидкого хладагента при одном и том же значении его массового расхода, подаваемого в испаритель с использованием экономайзера - промежуточного ресивера, значительно повышает холодопроизводительность установки, см. Р-Н-диаграмму. Причём, потребляемая мощность компрессора при этом возрастает незначительно по сравнению с тем, насколько выше становится эффективность рабочих процессов сжатия в нём благодаря более высокому давлению всасывания за счёт подачи ЭКО-массового расхода.

 

Такие системы используются главным образом в низкотемпературных установках большой производительности с затопленными испарителями с насосной подачей из циркуляционного ресивера низкого давления. В качестве преимущества такой схемы можно отметить отсутствие необходимости в традиционном ресивере хладагента, устанавливаемом после конденсатора. Кроме того, повышение производительности и эффективности в них достигается без переохлаждения хладагента, т.е. нет необходимости в соответствующих теплообменниках и автоматики. 

 

Однако, следует иметь ввиду, что в отличие от установок с переохлаждением, описанным в предыдущих разделах, в установках с промежуточным дросселированием доля «вредного» пара в жидком хладагенте, подаваемом в испарители достаточно велика, что делает их не очень эффективными при использовании в таких установках традиционных ТРВ и DX-испарителей.

На фото показана такая оригинальная низкотемпературная насосно-циркуляционная установка на R22 с затопленными испарителями с промежуточным дросселированием для заморозки фарша, смонтированная французской фирмой “Agro Froid International” на производстве «Рубеж» в Санкт-Петербурге.

 

 

В состав установки входят три винтовых компрессора открытого типа Битцер OSN7471-K, конденсатор, горизонтальный маслоотделитель, воздушный маслоохладитель, промежуточный ресивер, циркуляционный ресивер низкого давления, насосы подачи жидкого хладагента в плиточные скороморозильные аппараты, а также выпариватель масла.  

 

 

В завершение хочется ещё раз резюмировать основные идеи, изложенные в данной статье.

  • Для низкотемпературного охлаждения применение установок с двухступенчатым сжатием более эффективно (более высокий СОР, меньшая потребляемая мощность и рабочие токи), чем применение одноступенчатых установок.
  • В установках с двухступенчатым сжатием используют двухступенчатые поршневые компрессоры, винтовые компрессоры с ЭКО портом, а также одноступенчатые поршневые и спиральные компрессоры в отдельных ступенях с промежуточным коллектором между ступенями
  • Использование в низкотемпературных установках с двухступенчатым сжатием систем переохлаждения жидкого хладагента или промежуточного дросселирования – экономайзера ещё больше увеличивает их эффективность и производительность.

 

С учётом растущих в России цен на энергоносители ведущим инженерам холодильных компаний, а также представителям компаний-заказчиков уже пора ещё более вдумчиво принимать решение о выборе оборудования для холодильных установок, которые будут эксплуатироваться долгие годы. Следует всесторонне анализировать все стоимостные и функциональные преимущества того или иного варианта и принимать окончательные решения, исходя не только из минимальных инвестиционных затрат на покупку и монтаж установок, а ещё и принимать во внимание эксплуатационные расходы, которые будут сопровождать работу установок десятилетия.

 

В последующих публикациях мы рассмотрим другие возможные способы повышения производительности и эффективности холодильных установок с компрессорами Битцер.

 

 

Корнивец Дмитрий

Представитель БИТЦЕР СНГ в Санкт-Петербурге

 

bitzer.ru


Смотрите также