Поршневые компрессоры «БИТЦЕР» с новой системой CRII

Выигрышные преимущества системы CRII

• Простота конструкции, надежность и относительно низкая стоимость.
• Система CRII обеспечивает поддержание более узкой нейтральной зоны отслеживаемого параметра: Po, To, T в камере, т.е. более высокую эффективность компрессора. Нейтральная зона при этом не просто сужается (см. на рис.). Ее нижняя грань существенно приподнимается, обеспечивая, таким образом, работу компрессора с более высокой температурой кипения, что и определяет итоговый выигрыш в энергоэффективности.

• Система CRII обеспечивает самую большую из возможных глубину регулирования производительности поршневого компрессора 1:10.
• Система CRII позволяет сделать регулирование производительности поршневого компрессора квази-плавным (Quasi-steplessor Virtuallystepless), т.е. как бы бесступенчатым, что позволяет поддерживать холодопроизводительность установки, адекватную текущей нагрузке на испарители, быстрее реагировать на резкие и интенсивные изменения нагрузки на испарители.
• При работе компрессора в низкотемпературном диапазоне при температуре кипения не ниже -40°C на хладагентах R407А, R407F, R22 на частичной производительности в диапазоне CR 100%...50% (...66%) допускается работа системы CIC одновременно с пульсирующим включением клапана CRII.
• Новая система регулирования производительности CRII, в отличие от предшествующей ей системы CR, практически не сужает область допустимого применения компрессоров на режимах частичной производительности, особенно при его работе на хладагентах R404A и R507A.
• Легкая доступность компонентов системы СRII на складах запчастей «БИТЦЕР» в РФ дает возможность дооснастить ею уже работающие компрессоры, а также новые стандартные компрессоры, имеющиеся в наличии в системе дистрибьюции.

Конструкция клапанов 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 нем под действием газа нагнетания перемещается исполнительный поршень 3 и закрывает окно всасывания 4 на клапанной доске.

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

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 счет имеющейся у CRII клапанов возможности функционировать длительное время в пульсирующем режиме: часто включаться и выключаться с минимальным периодом 10 сек. 3 5 сек. — «включен», 5 сек. — «выключен».

Системой CRII оснащаются и восьмицилиндровые компрессоры «БИТЦЕР». Они могут быть оснащены только двумя клапанами CRII (1) и CRII (2), устанавливаемыми 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 определенные периоды работы компрессора они изменяла режим включения клапанов CRII.

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 определенный 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 включенными CRII клапанами (т.е. с нулевой производительностью) 2 минуты, происходит его выключение.

Из соображения надежности и долговечности как клапана CRII, так и мотора компрессора, определено минимальное время включения клапана — 5 сек. и минимальное время выключения — 5 сек. При этом количество включений и выключений мотора компрессора в час будет оставаться в допустимом пределе, обеспечивающем безопасный режим его работы. Более того, такой алгоритм регулирования позволяет оперативно корректировать внезапные или резкие пиковые изменения рабочих параметров работы установки.

При больших соотношениях рабочих давлений для некоторых хладагентов минимальная производительность 4-х и 6-ти цилиндровых компрессоров должна быть ограничена (напр. CRII > 33%; CRII > 20%).

Максимальное время работы на CR 0% можно запрограммировать в контроллере системы в соответствии со следующей таблицей для того, чтобы компрессор отключался при низких нагрузках.

Благодаря такому «тонкому» регулированию производительности компрессора можно поддерживать очень узкую нейтральную зону отслеживаемого параметра. Чем уже нейтральная зона величины Pо, тем уже диапазон колебания температуры в охлаждаемом объеме, тем, в конечном итоге, меньше электроэнергии потребляет холодильная установка.

В таблице приведены сравнительные данные по энергопотреблению компрессора, работающего с одними рабочими параметрами To/Tc, одинаковой ступенью регулирования производительности 17%, но с разными дифференциалами нейтральной зоны отслеживаемого параметра Pо.

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.

Управление работой компрессора с системой CRII контроллером CAREL pRACK300

В настоящее время для управления работой клапанов системы регулирования производительности CRII предлагается несколько адаптированных электронных контроллеров различных производителей. Наиболее оптимальным и доступным на нашем рынке является многофункциональный контроллер CAREL pRACK300. Логика управления и прошивка исходными данными для работы с системой CRII совместно разрабатывалась специалистами CAREL и BITZER. В настоящее время эта работа успешно завершена. Контроллеры этого семейства есть в наличии у российских дилеров 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:

• двухветвевой сателлитной холодильной установки;
• двухкаскадной холодильной установки;
• двух многокомпрессорных холодильных установок 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.

Согласно предустановленным в контроллере параметрам компрессор с системой CRII регулируется клапанами CRII, причем 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 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 Pо, 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.

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

Регулирование компрессора с CRII производится контроллером по типовому алгоритму. Дифференциал нейтральной зоны отслеживаемого параметра, например Pо, для компрессора с системой CRII в централи остается таким же узким, 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 Pо ниже нижней границы дифференциала зоны CRII производительность компрессора снижается и может уменьшаться до 10%.

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

При возрастании текущего значения Pо 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 Pо 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 Pо 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 контроллер pR300 может 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)

Опытная эксплуатация компрессоров «БИТЦЕР» с системой CRII

В 2014 г 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 400 м2. Агрегат работал в холодильной установке для семи среднетемпературных потребителей (пристенные витрины-горки) с общей требуемой холодопроизводительностью 27,2 кВт.

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 Tc осуществлялось контроллером CAREL pRACK300.

Управление агрегатом возможно в четырех 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 30 Гц...60 Гц. 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.

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 зачетной недели работы агрегата производилось измерение энергопотребления всех входящих в него элементов. Результаты этих замеров позволили сделать качественный анализ по каждому из перечисленных способов регулирования.

*Относительное энергопотребление было получено с учетом текущего товарооборота магазина.

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 Pо в пределах достаточно узкого дифференциала нейтральной зоны 0,4 бар.

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 обеспечивает существенную экономию эксплуатационных затрат.

Дополнительным преимуществом концепции CRII является доступность всех необходимых для ее создания компонентов на складах российских дистрибьюторов компрессоров «БИТЦЕР» и запасных частей к ним, а также у российских дистрибьюторов 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 дистрибьюторами 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 четырех- или шестицилиндровый компрессор «БИТЦЕР» с системой CRII приобретает у дистрибьютора 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.

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 «Capacity Control (CRII), Cylinder Headprepared (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 только соленоидные клапаны CRII без крышек головок цилиндров, что уже обойдется контрактору более чем в 2,5 раза дешевле. Клапаны CRII доступны для заказа со склада «БИТЦЕР СНГ» в Москве, и у официальных дистрибьюторов «БИТЦЕР» в России.

Официальная техническая информация на русском языке BITZER KT-101-2-RUSCRII-system capacity controlfor ECOLINE compressors, дающая подробное описание новой системы и всех ее преимуществ, представлена на www.bitzer.ru