Budowa, zasada działania i przykłady zastosowania regulatorów PI

Budowa, zasada działania i przykłady zastosowania regulatorów PI

POLITECHNIKA GDAŃSKA
Temat: Budowa, zasada działania i przykłady zastosowania
regulatorów PI jako elektronicznych zaworów rozprężnych
przeznaczonych do zasilania parowników.
Krzysztof Mocek
Sem. 9
SiUChiKL
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)
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
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.
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
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,
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).
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
 www.carel.pl
 www.danfoss.pl