POLITECHNIKA GDAŃSKA

Transkrypt

1 POLITECHNIKA GDAŃSKA Temat: Budowa, zasada działania i przykłady zastosowania regulatorów PI jako elektronicznych zaworów rozprężnych przeznaczonych do zasilania parowników. Krzysztof Mocek Sem. 9 SiUChiKL

2 Plan prezentacji Elementy automatyki regulujące dopływ czynnika chłodniczego do parownika Rozwiązanie tradycyjne: termostatyczny zawór rozprężny (TEV) Rozwiązanie innowacyjne: - elektroniczne zawory rozprężne Elektroniczny zawór rozprężny zastosowanie i charakterystyka Budowa elektronicznego zaworu rozprężnego typu TQ / PHTQ Przykład zastosowania zaworu TQ Zastosowanie elektronicznego zaworu rozprężnego na przykładzie supermarketu Zasady funkcjonowania dwóch technologii z zastosowaniem TEV i EEV zastosowanych dla każdego urządzenia chłodniczego Osiągnięte rezultaty Uzyskane korzyści przy zastosowaniu elektronicznych zaworów rozprężnych Elementy automatyki regulujące dopływ czynnika chłodniczego do parownika Element automatyki regulujący przepływ czynnika chłodniczego, nazywamy także elementem dławiącym, ma za zadanie tak wyregulować jego strumień w ilości zgodnej z chwilowym obciążeniem cieplnym parownika, aby uzyskać stan równowagi z ilością pary odsysanej z tego wymiennika przez sprężarkę. Poniżej wymienione zostały wykorzystywane do osiągnięcia tego celu elementy: Rurka kapilarna Automatyczny zawór rozprężny Termostatyczny zawór rozprężny Elektroniczny zawór rozprężny Zawór pływakowy wysokiego ciśnienia Zawór pływakowy niskiego ciśnienia Rozwiązanie tradycyjne: termostatyczny zawór rozprężny (TEV)

3 Opis rysunku: Termostatyczny zawór rozprężny z wymienną dyszą TE 5, Wydajność nominalna R22: 55.3 kw / 15.8 TR Wszystkie urządzenia chłodnicze, zarówno te zaprojektowane dla klimatyzacji lub systemów chłodniczych marketów, stosują powszechnie tradycyjne termostatyczne zawory rozprężne jako element dławiący: jest to element standardowy posiadający czujnik, a w modelach bardziej rozwiniętych podłączenie dla zewnętrznego wyrównania ciśnienia. To urządzenie pomimo jego funkcjonalności, dzięki której system chłodniczy działa, posiada wiele cech, które w wielu przypadkach ograniczają uniwersalność i możliwości instalacji. Oczywiście niektóre rodzaje układów chłodniczych są bardziej podatne na negatywne aspekty regulacji przy zastosowaniu termostatycznych zaworów rozprężnych z uwagi na specyfikę instalacji, parametry pracy i/lub rozłożenie obciążenia cieplnego w ciągu roku. Termostatyczne zawory rozprężne typu TE 5 przeznaczone są do wtrysku ciekłego czynnika do parownika w systemach chłodniczych i klimatyzacyjnych, z czynnikami fluorowcopochodnymi. Rozwiązanie innowacyjne: - elektroniczne zawory rozprężne Rys.1 Rys.2

4 Rys.3 Rys.4 Rys.5 Rys.6 Opisy rysunków: Rys.1 - AKVH, elektronicznie sterowane zawory rozprężne, do czynników wysokociciśnieniowych Rys.2 - Zawory rozprężne, do amoniaku Rys 3 - ETS, Zawory rozprężene do czynników fluorowcopochodnych Rys.4 - CCM, Elektronicznie sterowane zawory rozprężne do CO2 Rys.5 - KVS, zawory do regulacji ciśnienia parowania KVS jest elektronicznie sterowanym, modulowanym zaworem do regulacji ciśnienia parowania. Śrubowe wrzeciono zaworu jest napędzane bezpośrednio przez silnik krokowy. Ponieważ nie ma tam przełożenia, wewnętrzna prowadnica może być precyzyjnie pozycjonowana przy każdym kroku. Unikalna konstrukcja prowadnicy czyni, ze zawór jest bardzo dokładny pracując nawet przy niskiej wydajności układu. Zawór reaguje na każdą zmianę przekazywana przez napęd krokowy, przepływ czynnika jest wprost proporcjonalny do przesuwu prowadnicy nawet w początkowej fazie otwierania zaworu.

5 Rys.6 - Danfoss Saginomiya DKV, SKV, VKV i AKV, Eelktronicznie sterowane zawory rozprężne z silnikiem krokowym Elektroniczny zawór rozprężny zastosowanie i charakterystyka Omawiane zagadnienia są związane w zasadzie ze wszystkimi rodzajami urządzeń chłodniczych, takich jak pompy ciepła i chillery stosowane komercyjnie i przemysłowo, klimatyzatory pomieszczeń ochronnych, ośrodków komputerowych, central telefonicznych, oraz wszystkich zamkniętych urządzeń sterujących, komór i mebli chłodniczych dla wystawianych produktów. Jaka jest więc cecha, która czyni elektroniczne zawory rozprężne lepszymi od zaworów termostatycznych? 1. Kompatybilność ze wszystkimi typami czynnika chłodniczego, oraz bardzo szeroki zakres wydajności Cecha ta znacznie redukuje liczbę modeli elektronicznych zaworów rozprężnych stosowanych w różnych urządzeniach chłodniczych, ponieważ to, że nie zależą one od rodzaju czynnika, oraz mają duży skok ruchomego elementu dławiącego (w bardziej zaawansowanych modelach) czyni zawory te bardzo uniwersalnymi urządzeniami 2. Precyzja w modulacji przepływu czynnika chłodniczego Cechą mechaniczną elektronicznego zaworu rozprężnego, która pozwala na szeroki zakres regulacji wydajności (w najbardziej zaawansowanych modelach ze sterowaniem proporcjonalnym) jest duży skok dyszy, który osiąga dziesiątki milimetrów, a nawet więcej: w ten sposób sterowanie jest bardziej precyzyjne, a nawet lepsze, niż przy zastosowaniu tradycyjnych zaworów termostatycznych. Kontrola przepływu czynnika tylko korzysta ze znacznej rozdzielczości i precyzji funkcjonowania zaworu: we wszystkich systemach chłodniczych, zarówno w klimatyzacji, oraz układach chłodniczych w supermarketach, osiągnięcie bardziej stabilnej kontroli przegrzania czynnika7, a gdy jest to potrzebne jego wartości niższej, jaką można uzyskać przy zaworach termostatycznych, jest niewątpliwie znaczną korzyścią 3. Sterowanie mikroprocesorowe Elektroniczny zawór rozprężny sterowany jest przez mikroprocesor, który działa zarówno jako generator sekwencyjny poszczególnych kroków operacyjnych, oraz funkcjonuje jako urządzenie inteligentne decydujące o bieżącej ilości czynnika wtryskiwanego do parownika. Te trzy cechy na pierwszy rzut oka nie wydają się przekonywujące do zmiany z termostatycznego na elektroniczny zawór rozprężny: jednakże jeśli je zaczniemy szczegółowo analizować to zobaczymy, że elektroniczna regulacja przepływu czynnika rozwiązuje wiele problemów

6 Budowa elektronicznego zaworu rozprężnego typu TQ / PHTQ Przykład zastosowania zaworu TQ Zastosowanie elektronicznego zaworu rozprężnego na przykładzie supermarketu Dla sprawdzenia funkcjonowania systemu wykorzystującego najnowsza technologię z zastosowaniem elektronicznych zaworów rozprężnych został wybrany supermarket ESSELUNGA w RIPAMONTI w Mediolanie. Market został otwarty w lipcu 2002 i począwszy od pierwszego dnia funkcjonowania rozpoczęło się monitorowanie funkcjonowania systemów, oraz zbieranie ważnych danych. Aby móc spełnić specjalne wymagania inwestora market został zbudowany w ten sposób, aby było możliwe bezpośrednie monitorowanie zużycia energii przez zespoły sprężarek wtedy,

7 gdy instalacja pracuje zarówno przy wykorzystaniu technologii tradycyjnej (mechaniczne termostatyczne zawory rozprężne), oraz z elektronicznymi zaworami rozprężnymi. Zasady funkcjonowania dwóch technologii z zastosowaniem TEV i EEV zastosowanych dla każdego urządzenia chłodniczego. Każde urządzenie chłodnicze (meble i komory chłodnicze) zostały podłączone do dwóch równoległych układów sterowanych przez zawór elektromagnetyczny, który w dowolnym momencie może pozwolić na wykorzystanie jednej lub drugiej technologii. Dzięki temu można bezpośrednio porównać ze sobą te dwa systemy (z termostatycznym lub elektronicznym zaworem rozprężnym) w tych samych warunkach pracy. Osiągnięte rezultaty Dane zostały zebrane w ciągu 10 miesięcy funkcjonowania supermarketu (od lipca 2002 do maja 2003).

8 Podsumowanie Uzyskane korzyści przy zastosowaniu elektronicznych zaworów rozprężnych - oszczędności w energii zużywanej przez instalację wyniosły ponad 20% w skali roku - lepsze sterowanie niskotemperaturowych urządzeń chłodniczych - korzystniejsze warunki pracy dla sprężarek (niższe ciśnienie, niższe temperatury tłoczenia). Oznacza to mniej awarii, a w rezultacie zredukowanie kosztów serwisu. - Długotrwała efektywność funkcjonowania - Lepsze przechowywanie mrożonej żywności i lodów - Mniejsze zużycie elementów mechanicznych sprężarek, oraz mniejszy stopień pogorszenia się jakości oleju - Powtarzalność regulacji, oraz stałe uzyskiwanie danych związanych ze zużyciem energii Bibliografia Automatyzacja pracy okrętowych urządzeń chłodniczych Zenon Bonca, Ryszard Dziubek Technika Chłodnicza Poradnik Hans-Jurgen Ullrich