СИСТЕМА АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ КОНТУРА КОНДЕНСАЦИИ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2022 года по МПК F25B6/00 

Изобретение относится к области адаптивных систем автоматического управления, а именно к системам адаптивного управления силовыми элементами контура конденсации холодильной установки, и может быть использовано с целью энергосбережения при работе холодильных установок на предприятиях пищевой, химической и другой промышленности, а также в системах кондиционирования воздуха зданий и производств.

Из уровня техники известно несколько аналогов заявленного изобретения. Принцип работы представленных ниже аналогов основан на алгоритме периодического изменения уставки (Ркд), сама же технология называется плавающее давление конденсации (ПДК) (Floating Head Pressure).

Недостатком, обобщающим работу большинства известных аналогов на основе технологии ПДК, является то, что исходным параметром регулирования являются параметры, не связанные со значением суммарного потребления электроэнергии компрессорно-конденсаторным блоком (ККБ) (кВт*ч). Данное обстоятельство говорит о том, что поддерживается любой абстрактный параметр, но не параметр суммарного потребления электроэнергии ККБ.

Некоторые из аналогов на основе технологии ПДК пытаются приблизить нас к оптимальному значению давления конденсации, при котором суммарное потребление электроэнергии ККБ будет минимальным. Но, как правило, реализация таких проектов обоснована лишь для холодильных установок малой мощности (коммерческое исполнение). Использование на промышленных холодильных установках требует подхода с применением математического моделирования и необходимостью периодического внесения поправок без гарантии 100% результата, что исключает возможность широкого применения этих продуктов.

Кроме того, в обоих случаях, не учтено воздействие всевозможных внешних факторов, оказывающих влияние на потребление электроэнергии ККБ, что по мере эксплуатации холодильной установки, даже при идеально проведённых пусконаладочных работах (ПНР) аналогов, даст значительную погрешность при поддержании минимального суммарного потребления электроэнергии ККБ.

Самая известная система управления силовыми элементами контура конденсации холодильной установки учитывает плавающее давление конденсации и основана на поддержании постоянной разницы температур (ΔТ) между температурой конденсации и температурой влажного термометра окружающей среды. При этом поддерживают давление конденсации, рассчитываемое по формуле:

(Тконд.) = (Твл.терм.) + ΔТ

где:

Тконд. – температура (соответствующее данной температуре давление) конденсации;

Твл.терм. – измеренная температура окружающей среды по влажному термометру;

ΔТ – заданная постоянная уставка.

Недостатки данной системы заключаются в следующем.

Как видно из принципа работы системы, цель ее алгоритма - это поддержание неизменяемой уставки ΔТ, что не соответствует поставленной цели, обозначенной как поддержание минимального суммарного потребления электроэнергии на оборудовании ККБ.

Хуже того, и это доказано при проведении инструментальных энергоаудитов, в различных режимах работы холодильной установки данный алгоритм может показывать перерасход электроэнергии относительно стандартного режима, поддерживающего постоянное давление конденсации.

Таким образом, при широком развитии систем по определению полученного эффекта экономии данная система обнаружит свою неэффективность, и поэтому будет уходить с рынка систем «Плавающего давления конденсации» как несостоявшийся.

См. стр.7-8, ссылка:

https:// climate.emerson.com/documents/webinar-02-implementation-of-low-condensing-refrigeration-es-mx-3703836.pdf

Наиболее близкой к заявленному изобретению является усовершенствованная по сравнению с вышеописанной система управления ККБ на базе локальных контроллеров. Ее применяют для промышленных холодильных установок с испарительными конденсаторами и градирнями, насосами оборотного водоснабжения.

Принцип работы данной системы идентичен предыдущей, с единственным усовершенствованием, заключающимся в том, что параметр ΔТ изменяется пропорционально текущей холодильной мощности холодильной установки. Данная система выбрана в качестве прототипа заявленного изобретения.

Недостатки системы прототипа заключаются в следующем.

Как видно из принципа работы, цель данной системы - это поддержание неизменяемой уставки ΔТ, что не соответствует назначению: поддержанию минимального суммарного потребления электроэнергии на оборудовании ККБ.

Настройки параметров ΔТmin и ΔТmax выполняют вручную и они зависят от квалификации персонала (человеческий фактор).

Следовательно, в различных режимах работы холодильной установки, данная система может показывать даже перерасход электроэнергии, относительно стандартного режима поддержания давления конденсации.

Данная система всё ещё находит применение в холодильных установках малой мощности, где положительный или отрицательный результат их работы почти незаметны. В промышленных же холодильных установках, при широком развитии систем по определению полученного эффекта экономии, данная система не имеет шансов для коммерческого использования по причине ее низкой эффективности.

См. стр.122, ссылка:

https://docs.yandex.ru/docs/view?tm=1646032690&tld=ru&lang=ru&name=AK_PC_530.pdf&text=danfoss%20%D0%9A%D0%BE%D0%BD%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BB%D0%BB%D0%B5%D1%80%20%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B8%D0%B7%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B8%20%D0%95%D0%9A%D0%A1%20531D1&url=https%3A%2F%2Fadapkool.com%2Ffiles%2Fpdf%2FAK_PC_530.pdf&lr=35&mime=pdf&l10n=ru&sign=2534151216789f1b2f92c3e0a31ac639&keyno=0&nosw=1&serpParams=tm%3D1646032690%26tld%3Dru%26lang%3Dru%26name%3DAK_PC_530.pdf%26text%3Ddanfoss%2B%25D0%259A%25D0%25BE%25D0%25BD%25D1%2582%25D1%2580%25D0%25BE%25D0%25BB%25D0%25BB%25D0%25B5%25D1%2580%2B%25D0%25BF%25D1%2580%25D0%25BE%25D0%25B8%25D0%25B7%25D0%25B2%25D0%25BE%25D0%25B4%25D0%25B8%25D1%2582%25D0%25B5%25D0%25BB%25D1%258C%25D0%25BD%25D0%25BE%25D1%2581%25D1%2582%25D0%25B8%2B%25D0%2595%25D0%259A%25D0%25A1%2B531D1%26url%3Dhttps%253A%2F%2Fadapkool.com%2Ffiles%2Fpdf%2FAK_PC_530.pdf%26lr%3D35%26mime%3Dpdf%26l10n%3Dru%26sign%3D2534151216789f1b2f92c3e0a31ac639%26keyno%3D0%26nosw%3D1

Техническим результатом изобретения является создание системы адаптивного управления силовыми элементами контура конденсации холодильной установки с сокращенными затратами электроэнергии при эксплуатации парокомпрессионных холодильных установок, посредством управления производительностью элементов компрессорно-конденсаторного блока (ККБ) на основе динамического слежения за изменением суммарного потребления электроэнергии как силовыми элементами ККБ, так и компрессорными агрегатами (КМ), а также посредством учёта изменения внешних факторов, оказывающих, в свою очередь, значительное влияние на суммарное потребление электроэнергии элементами ККБ и КМ.

Поставленный технический результат достигнут путем создания системы адаптивного управления силовыми элементами контура конденсации холодильной установки, содержащей вычислительный блок, который соединен с датчиком температуры и влажности, а также с контроллером управления холодильной установки, который соединен, по меньшей мере, с одним компрессором, который гидравлически соединен с конденсатором, причем вычислительный блок содержит соединенные между собой блок формирования графика разницы температур, блок вычисления температур и давлений конденсации, блок формирования графика мощности, блок вычисления эффективности включения, блок вычисления эффективности выключения, блок включения ступеней, блок отключения ступеней, при этом

- блок формирования графика разницы температур выполнен с возможностью получения от контроллера управления значения тепловой энергии, поступающей в конденсатор, а от датчика температуры значения температуры конденсации и температуры воздуха, в которой работает конденсатор, для каждого количества тепловой энергии, поступающей в каждую ступень конденсатора, при этом формирования графика разницы ∆T между температурой конденсации и температурой воздуха, в которой работает конденсатор, для каждой ступени конденсатора в зависимости от количества тепловой энергии, поступающей в конденсатор;

- блок вычисления температур и давлений конденсации выполнен с возможностью вычисления, с учетом значений разницы ∆T работающей ступени конденсатора при данной тепловой нагрузке, значений температур конденсации каждой ступени конденсатора и, соответственно, давлений PТст конденсации каждой ступени конденсатора при текущей производительности компрессора, а именно в зависимости от текущей потребляемой электрической мощности на валу электродвигателя компрессора;

- блок формирования графика мощности выполнен с возможностью формирования графика изменения потребляемой мощности на валу электродвигателя компрессора при изменении давления PТст конденсации на 1 бар в зависимости от производительности компрессора, а именно в зависимости от потребляемой электрической мощности на валу электродвигателя компрессора;

- блок вычисления эффективности включения выполнен с возможностью вычисления эффективности ступеней конденсатора, при этом вычисления коэффициента эффективности включения ступени конденсатора по формуле:

,

где:

– коэффициент эффективности включения i-ой ступени конденсатора;

– давление конденсации, вычисленное по ∆Т работающей ступени конденсатора, при данной тепловой нагрузке;

– давление конденсации i-ой ступени, вычисленное по ∆Т данной ступени конденсатора, при данной тепловой нагрузке;

– изменение потребляемой электрической мощность на валу электродвигателя компрессора при изменении давления конденсации на 1 бар;

– потребляемая электрическая мощность электродвигателем i-ой ступени конденсатора;

- блок вычисления эффективности выключения выполнен с возможностью вычисления эффективности ступеней конденсатора, при этом вычисления коэффициента эффективности отключения ступени конденсатора по формуле:

,

где:

– коэффициент эффективности отключения i-ой ступени конденсатора;

– давление конденсации, вычисленное по ∆Т предыдущей по очереди включения ступени конденсатора, при данной тепловой нагрузке;

– давление конденсации i-ой ступени, вычисленное по ∆Т данной ступени конденсатора, при данной тепловой нагрузке;

– изменение потребляемой электрической мощность на валу электродвигателя компрессора при изменении давления конденсации на 1 бар;

– потребляемая электрическая мощность электродвигателем i-ой ступени конденсатора;

- блок включения ступеней выполнен с возможностью включения i-ой неработающей ступени конденсатора и всех ступеней в очереди до этой ступени, если коэффициент эффективности включения данной i-ой ступени выше порогового значения;

- блок отключения ступеней выполнен с возможностью отключения i-ой работающей ступени конденсатора, если коэффициент эффективности отключения i-ой работающей ступени ниже порогового значения.

В предпочтительном варианте осуществления системы вычислительный блок соединен с внешним источником питания или имеет внутренний источник питания.

В предпочтительном варианте осуществления системы конденсатор содержит, по меньшей мере, одну ступень, которая имеет вентилятор, который соединен с контроллером управления холодильной установки.

В предпочтительном варианте осуществления системы испарительный компрессор гидравлически соединен с насосом оборотной воды, который соединен с контроллером управления холодильной установки, при этом контур конденсации холодильной установки содержит воздушный конденсатор, компрессор и насос оборотной воды.

В предпочтительном варианте осуществления системы контур конденсации холодильной установки содержит воздушный конденсатор и компрессор.

В предпочтительном варианте осуществления системы блок формирования графика разницы температур, блок вычисления температур и давлений конденсации, а также блок формирования графика мощности выполнены с возможностью работы непрерывно на всем протяжении работы системы.

В предпочтительном варианте осуществления системы данные потребляемой электрической мощности каждой ступенью конденсатора на валу электродвигателя компрессора поступают с датчика тока, установленного на электродвигателе компрессора, и заносят в вычислительный блок перед началом работы системы.

Для лучшего понимания заявленного изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующими графическими материалами.

Фиг. 1. Структурная схема системы адаптивного управления силовыми элементами контура конденсации холодильной установки, выполненная согласно изобретению.

Фиг. 2. Блок-схема вычислительного блока системы адаптивного управления силовыми элементами контура конденсации холодильной установки, выполненная согласно изобретению.

Фиг. 3. Принципиальная схема компрессорно-конденсаторного блока (ККБ), содержащего испарительный конденсатор с пятью ступенями (вентиляторами), выполненная согласно изобретению.

Фиг. 4. Принципиальная схема компрессорно-конденсаторного блока (ККБ), содержащего воздушный конденсатор с тремя ступенями (вентиляторами), с возможностью регулирования производительности от 10 до 100%), выполненная согласно изобретению.

Фиг. 5. График ∆T (разницы между температурой конденсации и температурой воздуха, в которой работает конденсатор) ступеней конденсатора в зависимости от количества тепловой энергии, поступающей в конденсатор с тремя ступенями (вентиляторами), выполненный согласно изобретению.

Фиг. 6. График изменения потребляемой электрической мощности на валу электродвигателя компрессора при изменении давления нагнетания (конденсации) на 1 бар в зависимости от производительности компрессора, выполненный согласно изобретению.

Элементы:

1 – вычислительный блок,

2 – датчик температуры,

3 – контроллер управления холодильной установки,

4 – блок питания,

5 – блок формирования графика разницы температур,

6 – блок вычисления температур и давлений конденсации,

7 – блок формирования графика мощности,

8 – блок вычисления эффективности включения,

9 – блок вычисления эффективности выключения,

10 – блок включения ступеней,

11 – блок отключения ступеней,

12 – конденсатор (КД),

13 – компрессор (КМ),

14 – насос,

15 – компрессорно-конденсаторный блок (ККБ),

16 – вентилятор.

Рассмотрим варианты выполнения заявленной системы адаптивного управления силовыми элементами контура конденсации холодильной установки (Фиг. 1 - 6).

Введем основные понятия и определения.

Система – заявленная система адаптивного управления силовыми элементами контура конденсации холодильной установки.

Компрессор 13 (КМ) – энергетическая машина для перемещения газа (хладагента), приводящаяся в движение электрическим двигателем.

Контур конденсации (КК) – система конденсирования газа (хладагента), имеющая в своём составе элементы, приводящиеся в движение одним или несколькими электрическими двигателями.

Ступень конденсатора – один из последовательно включаемых элементов (вентиляторов 16) конденсатора 12.

Компрессорно-конденсаторный блок 15 (ККБ) – часть холодильной установки, включающая в себя все компрессоры, насосы оборотной воды и конденсаторы данной установки.

Тепловая энергия – количество энергии в кВт, поступающей в конденсатор 12 при работе компрессора 13. Вычисляют по производительности компрессора 13 и электроэнергии, потребляемой электродвигателем компрессора 13.

∆T – разница между температурой конденсации и температурой воздуха, в которой работает конденсатор 12. Для конденсатора 12 сухого типа измеряют температуру воздуха по сухому датчику температуры 2. Для конденсатора 12 испарительного типа измеряют температуру воздуха по влажному датчику температуры 2.

∆Ti – график ∆T в зависимости от количества тепловой энергии, поступающей в конденсатор, для каждой ступени (вентилятора 16) конденсатора 12.

∆∆T – разница ∆T между ступенями (вентиляторами 16) конденсатора 12.

∆РЕ – изменение потребляемой электрической мощности на валу электродвигателя компрессора 13 при изменении давления нагнетания (конденсации) на один бар.

Коэффициент эффективности ступени (вентилятора 16) конденсатора 12 в процентах – показание изменения общего потребления электроэнергии ККБ 15 при включении/отключении данной ступени (вентиляторов 16) конденсатора 12 относительно потребляемой электроэнергии самой ступенью (вентилятором 16). При включении ступени (вентилятора 16) конденсатора 12 коэффициент принимают со знаком плюс, при отключении - со знаком минус.

Установившийся режим холодильной установки – режим работы холодильной установки, при котором параметры работы установки меняются в незначительном диапазоне.

Система адаптивного управления силовыми элементами контура конденсации холодильной установки (Фиг. 1 - 4) содержит вычислительный блок 1, который соединен с датчиком 2 температуры и влажности, с контроллером 3 управления холодильной установки и с блоком питания 4. Контроллер 3 управления холодильной установки соединен с компрессором 13 и насосом 14, которые гидравлически соединены с конденсатором 12. Конденсатор 12 состоит из нескольких ступеней (вентиляторов 16). Конденсатор 12, компрессор 13, насос 14, и вентиляторы 16 входят в состав компрессорно-конденсаторного блока 15. Вычислительный блок 1 содержит соединенные между собой блок 5 формирования графика разницы температур, блок 6 вычисления температур и давлений конденсации, блок 7 формирования графика мощности, блок 8 вычисления эффективности включения, блок 9 вычисления эффективности выключения, блок 10 включения ступеней, блок 11 отключения ступеней.

Система выполнена на свободно программируемом контроллере 3 и панели оператора, которой снабжен вычислительный блок 1. Интерфейс позволяет включать/выключать систему и отслеживать ряд параметров.

Систему подключают к автоматизированной системе управления технологическим процессом (АСУТП) холодильно-компрессорного цеха и считывают все параметры работы ККБ 15, которые анализируют и обрабатывают в системе, в вычислительном блоке 1.

Система в каждый момент времени отслеживает параметры работы ККБ 15 и в зависимости от изменяемых условий работы принимает решение о включении/отключение ступеней (вентиляторов 16) конденсатора 12. Главным условием включения/отключения ступеней (вентиляторов 16) конденсатора 12 является снижение общего потребления электроэнергии ККБ 15 в установившемся режиме при заданной холодопроизводительности компрессора 13. С помощью непрерывной записи параметров работы холодильной установки система в постоянном режиме вычисляет и запоминает коэффициенты эффективности включения/отключения ступеней (вентиляторов 16) конденсатора 12.

Рассмотрим вариант выполнения системы, в котором ККБ 15 состоит из одного компрессора 13 и одного конденсатора 12 (Фиг. 4). Компрессор 13 имеет возможность регулирования производительности в диапазоне от 10 до 100% производительности. Конденсатор 12 имеет три ступени (вентилятора 16) регулирования производительности. На данном примере опишем следующие операции, выполняемые системой:

- формирование графиков ∆T ступеней (вентиляторов 16) конденсатора 12 в зависимости от количества тепловой энергии, поступающей в конденсатор 12;

- формирование графика изменения потребляемой мощности на валу электродвигателя компрессора 13 при изменении давления нагнетания (конденсации) на один бар в зависимости от производительности компрессора 13;

- вычисление эффективности ступеней (вентиляторов 16) конденсатора 12.

Рассмотрим операцию формирования графика ∆T ступеней (вентиляторов 16) конденсатора 12 в зависимости от количества тепловой энергии, поступающей в конденсатор 12 (операцию выполняют в блоке 5 формирования графика разницы температур).

Для каждой ступени (вентилятора 16) конденсатора 12 строят график ∆T в зависимости от поступающей тепловой энергии в конденсатор 12.

Построение данного графика выполняют непрерывно на всем протяжении работы системы. Вследствие этого, при изнашивании оборудования ККБ 15 с течением времени и отклонения от паспортных характеристик, система автоматически корректирует графики и будет использовать обновлённые данные для расчета экономичной работы.

Операция формирования графика ∆T ступеней (вентиляторов 16) конденсатора 12 в зависимости от количества тепловой энергии, поступающей в конденсатор 12, состоит из следующих шагов:

Определяют минимальную и максимальную тепловую энергию, которую может передать данный тип компрессора 13 в конденсатор 12. Данные значения определяют по паспортным характеристикам компрессора 13 и допустимым режимам работы данного оборудования. Данные значения берут как 0% (минимальная тепловая энергия) и 100% (максимальная тепловая энергия) для оси абсцисс искомого графика (шаг 1.a).

При работе системы с помощью интерполяционных формул в режиме реального времени определяют актуальное количество тепловой энергии, требуемой для утилизации в контуре конденсации, включая тепловую энергию от работы сжатия компрессора 13. Данное значение определяет положение точки на оси абсцисс относительно минимального и максимального значения для записи и считывания значения ∆T ступени в реальном времени (шаг 1.b).

Для работающей в данный момент ступени (вентилятора 16) конденсатора 12 определяют положение графика ∆Ti в данной точке (на графике «актуальная тепловая энергия» Фиг. 5). При этом, все точки графика для данной ступени (вентилятора 16), находящиеся левее и располагающиеся ниже по оси ординат относительно зафиксированного значения, смещают на уровень зафиксированного значения. Все точки графика данной ступени, находящиеся правее и располагающиеся выше по оси ординат относительно зафиксированного значения, смещают на уровень зафиксированного значения (шаг 1.c).

В случае, если при определении положения графика ∆Ti, определяемая точка заходит за график соседней ступени (вентилятора 16) конденсатора 12, то график соседней (-их) ступени (-ей) смещают таким образом, чтобы не происходило пересечение графиков. Данное действие объясняется тем фактором, что включение каждой последующей ступени (вентилятора 16) конденсатора 12 хотя незначительно, но уменьшает показание ∆T предыдущей ступени (шаг 1.d).

Таким образом, работая на разных производительностях компрессора, и включая/отключая ступени (вентиляторы 16) конденсатора 12, система выстраивает графики ∆T ступеней (вентиляторов 16) конденсатора 12 в зависимости от количества тепловой энергии, поступающей в конденсатор 12 во всём диапазоне работы компрессора 13. Графики ∆T ступеней (вентиляторов 16) конденсатора 12 имеют вид, показанный на Фиг. 5 (шаг 1.e).

Имея графики ∆Т для каждой ступени (вентиляторов 16) конденсатора 12, система в каждый момент времени знает, на сколько изменится значение ∆Т при включении определенной ступени (вентилятора 16) конденсатора 12. Зная значение ∆Т, вычисляют значение температуры конденсации каждой ступени (вентилятора 16) и, соответственно, получают давление конденсации каждой ступени (вентилятора 16) конденсатора 12 (PТст – давление конденсации, вычисленное по ∆Т работающей ступени конденсатора 12 при данной тепловой нагрузке) при текущей производительности компрессора 13 (шаг 1.f). Данный шаг выполняют в блоке 6 вычисления температур и давлений конденсации.

Для систем с количеством компрессоров 13 от двух и более применяют подобный метод расчёта. За 0% и 100% оси абсцисс принимают сумму минимальных и максимальных производительностей компрессоров 13 соответственно.

Для конденсаторов 12, оснащенных приводами с частотным регулированием, применяют деление оборотов с шагом 5 Гц для получения подобия ступенчатого регулирования и определения конечного числа графиков ∆T.

Рассмотрим операцию формирования графика изменения потребляемой мощности на валу электродвигателя компрессора 13 при изменении давления нагнетания (конденсации) на один бар в зависимости от производительности компрессора 13 (операцию выполняют в блоке 7 формирования графика мощности).

Построение графика выполняют непрерывно на всем протяжении работы системы. Вследствие этого, при изнашивании компрессорного оборудования с течением времени и отклонения от паспортных характеристик, система автоматически корректирует графики и использовать обновлённые данные для расчета экономичной работы холодильной установки.

Операция формирования графика изменения потребляемой мощности на валу электродвигателя компрессора 13 состоит из следующих шагов.

Определяют минимальную и максимальную производительность компрессора 13. В данном случае значению 0% на оси абсцисс соответствует 10% производительности компрессора 13, а значению 100% на оси абсцисс соответствует 100% производительности компрессора (шаг 2.a).

В память системы, расположенную в блоке 7 формирования графика мощности автоматически, записывают в значения потребления электроэнергии электродвигателем компрессора 13 при разных производительностях и разных давлениях нагнетания компрессора 13. Данные по потреблению электроэнергии берут с датчика тока, установленного в электродвигателе компрессора 13 (шаг 2.b).

Используя сформированные массивы данных, автоматически усредняют и вычисляют значение изменения потребляемой электрической мощности на валу электродвигателя компрессора при изменении давления нагнетания (конденсации) на один бар в одиннадцати точках графика с шагом 10% (шаг 2.c).

Таким образом, с помощью интерполяции формируют график изменения потребляемой мощности на валу электродвигателя компрессора 13 при изменении давления нагнетания (конденсации) на один бар в зависимости от производительности компрессора 13 в диапазоне от 0 до 100%. График ∆РЕ показан на Фиг. 6 (шаг 2.d).

Имея график ∆РЕ, система в каждый момент времени получает информацию о том, на сколько изменится потребляемая электрическая мощность на валу электродвигателя компрессора 13 при изменении давления конденсации на один бар (или на любое другое значение) (шаг 2.e).

Для систем с количеством компрессоров 13 от двух и более график ∆РЕ формируют для каждого компрессора в отдельности. Далее общее изменение электрической мощности рассчитывают, как сумму значений ∆РЕ всех работающих компрессоров 13.

Рассмотрим операцию вычисления эффективности ступеней (вентиляторов 16) конденсатора 12 (операцию выполняют в блоке 8 вычисления эффективности включения).

В результате выполнения данной операции определяют, как изменится общее потребление электроэнергии ККБ 15 после включения/отключения ступеней (вентилятора 16) конденсатора 12.

Для решения данной задачи вводят коэффициенты эффективности включения/отключения ступеней (вентиляторов 16) конденсатора 12. Для каждой ступени (вентилятора 16) рассчитывают коэффициент на включение и коэффициент на отключение данной ступени. Коэффициент на включение принимают со знаком плюс, на отключение – со знаком минус (шаг 3.a).

В систему вносят данные по потреблению электроэнергии каждой ступенью (вентилятором 16) конденсатора 12, которые считывают с датчиков тока или измеряют с помощью других приборов (шаг 3.б).

Коэффициент эффективности включения ступени (вентилятора 16) конденсатора 12 рассчитывают по формуле (шаг 3.в):

где:

– коэффициент эффективности включения i-ой ступени (вентилятора 16) конденсатора 12;

– давление конденсации, вычисленное по ∆Т работающей ступени (вентилятора 16) конденсатора 12 (см. шаг 1.f), при данной тепловой нагрузке;

– давление конденсации i-ой ступени (вентилятора 16), вычисленное по ∆Т данной ступени конденсатора (см. шаг 1.f), при данной тепловой нагрузке;

– изменение потребляемой электрической мощность на валу электродвигателя компрессора 13 при изменении давления конденсации на 1 бар;

– потребляемая электрическая мощность электродвигателем i-ой ступени (вентилятора 16) конденсатора 12.

Коэффициент эффективности отключения ступени конденсатора рассчитывают по формуле (шаг 3.г):

где:

– коэффициент эффективности отключения i-ой ступени (вентилятора 16) конденсатора 12;

– давление конденсации, вычисленное по ∆Т предыдущей по очереди включения ступени (вентилятора 16) конденсатора 12 (см. шаг 1.f), при данной тепловой нагрузке;

– давление конденсации i-ой ступени, вычисленное по ∆Т данной ступени (вентилятора 16) конденсатора 12 (см. шаг 1.f), при данной тепловой нагрузке;

– изменение потребляемой электрической мощность на валу электродвигателя компрессора 13 при изменении давления конденсации на один бар;

– потребляемая электрическая мощность вентилятором 16 i-ой ступени конденсатора 12.

Включают ступень (вентилятор 16) и все ступени в очереди до этой ступени конденсатора 12, если коэффициент эффективности включения данной неработающей ступени (вентилятора 16) больше порогового значения.

Отключают работающую ступень (вентилятор 16) конденсатора 12, если коэффициент эффективности отключения работающей ступени меньше порогового значения.

Заявленное изобретение имеет практическое применение на работающих промышленных холодильных установках.

Усреднённый эффект экономии при применении заявленного изобретения в работе оборудования ККБ 15 холодильных установок составляет от 5 до 12%. Данный эффект экономии получен при сравнении работы холодильной установки до и после внедрения заявленной системы при одинаковой холодопроизводительности и одинаковых параметрах окружающей среды.

Заявленное изобретение относится к электрическим самонастраивающимся системам управления, а именно, к области адаптивных систем управления, и может быть использовано при управлении работой силовых элементов компрессорно-конденсаторного блока (ККБ), таких как: насосы оборотного водоснабжения, вентиляторы конденсаторов, вентиляторы градирен.

Эффектом применения заявленного изобретения является сокращение затрат электроэнергии при эксплуатации парокомпрессионных холодильных установок, посредством управления производительностью элементов ККБ 15 на основе динамического слежения за изменением суммарного потребления электроэнергии как силовыми элементами ККБ 15, так и компрессорными агрегатами (КМ) 13, а также посредством учёта изменения внешних факторов, оказывающих, в свою очередь, значительное влияние на суммарное потребление электроэнергии элементами ККБ 15 и КМ 13.

Максимально возможная энергоэффективность во всех режимах работы холодильной установки достигается за счёт непрерывной регистрации и, по необходимости, корректировки значений принятых коэффициентов зависимости (КЗ), являющихся соотношением между суммарным потреблением электроэнергии (ККБ 15 и КМ 13) и непрерывно изменяемыми внешними факторами. Массив данных, получаемых из контура конденсации, позволяет в автоматическом режиме вычислять максимально эффективные режимы работы ККБ 15 при каждом изменении режима работы холодильной установки, а также при изменении любого из внешних факторов.

Заявленное изобретение имеет следующие особенности.

Основным поддерживаемым параметром для работы системы является суммарное потребление электроэнергии (кВт*ч) силовыми элементами ККБ 15. Тем самым система непосредственно отвечает за решение поставленной задачи – сокращение потерь электроэнергии при работе ККБ 15.

Система является самообучаемой при проведении пуско-наладочных работ и непрерывно самонастраиваемой при эксплуатационном изменении внешних факторов, оказывающих влияние на потребление электроэнергии ККБ 15. Необходимость в ручном (человеческий фактор) выставлении поправочных коэффициентов – отсутствует.

В алгоритме работы Системы не используют паспортные технические характеристики оборудования ККБ 15. Все необходимые для экономии электроэнергии данные снимают с работающей холодильной установки.

Встроенный блок безопасности строго держит параметры работы ККБ 15 в диапазоне допустимых значений.

Применение системы возможно на любых холодильных установках, с любыми моделями и типами компрессоров, включая компрессоры 13 с наличием частотного регулирования скорости вращения вала.

Применение системы возможно с любыми типами холодильных конденсаторов (воздушные, испарительные, пластинчатые с градирнями, воздушные с адиабатическим увлажнением).

Применение системы возможно с любыми типами электродвигателей на испарительных конденсаторах или водяных градирен (односкоростные, 2-х скоростные, с наличием частотного регулирования скорости вращения вала).

Применение системы возможно в «сухом» режиме работы на испарительных конденсаторах в холодное время года.

Хотя описанный выше вариант выполнения заявленного изобретения был изложен с целью иллюстрации заявленного изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла заявленного изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.

Изобретение относится к области адаптивных систем автоматического управления. Техническим результатом изобретения являются системы адаптивного управления силовыми элементами контура конденсации холодильной установки с сокращенными затратами электроэнергии при эксплуатации парокомпрессионных холодильных установок, посредством управления производительностью элементов компрессорно-конденсаторного блока (ККБ) на основе динамического слежения за изменением суммарного потребления электроэнергии как силовыми элементами ККБ, так и компрессорными агрегатами (КМ), а также посредством учёта изменения внешних факторов, оказывающих, в свою очередь, значительное влияние на суммарное потребление электроэнергии элементами ККБ и КМ. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Система адаптивного управления силовыми элементами контура конденсации холодильной установки, содержащая вычислительный блок, который соединен с датчиком температуры и влажности, а также с контроллером управления холодильной установки, который соединен по меньшей мере с одним компрессором, который гидравлически соединен с конденсатором, причем вычислительный блок содержит соединенные между собой блок формирования графика разницы температур, блок вычисления температур и давлений конденсации, блок формирования графика мощности, блок вычисления эффективности включения, блок вычисления эффективности выключения, блок включения ступеней, блок отключения ступеней, при этом

- блок формирования графика разницы температур выполнен с возможностью получения от контроллера управления значения тепловой энергии, поступающей в конденсатор, а от датчика температуры значения температуры конденсации и температуры воздуха, в которой работает конденсатор, для каждого количества тепловой энергии, поступающей в каждую ступень конденсатора, при этом формирования графика разницы ΔT между температурой конденсации и температурой воздуха, в которой работает конденсатор, для каждой ступени конденсатора в зависимости от количества тепловой энергии, поступающей в конденсатор;

- блок вычисления температур и давлений конденсации выполнен с возможностью вычисления, с учетом значений разницы ΔT работающей ступени конденсатора при данной тепловой нагрузке, значений температур конденсации каждой ступени конденсатора и, соответственно, давлений PТст конденсации каждой ступени конденсатора при текущей производительности компрессора, а именно в зависимости от текущей потребляемой электрической мощности на валу электродвигателя компрессора;

- блок формирования графика мощности выполнен с возможностью формирования графика изменения потребляемой мощности на валу электродвигателя компрессора при изменении давления PТст конденсации на 1 бар в зависимости от производительности компрессора, а именно в зависимости от потребляемой электрической мощности на валу электродвигателя компрессора;

- блок вычисления эффективности включения выполнен с возможностью вычисления эффективности ступеней конденсатора, при этом вычисления коэффициента эффективности включения ступени конденсатора по формуле

,

где - коэффициент эффективности включения i-й ступени конденсатора;

- давление конденсации, вычисленное по ΔТ работающей ступени конденсатора, при данной тепловой нагрузке;

- давление конденсации i-й ступени, вычисленное по ΔТ данной ступени конденсатора, при данной тепловой нагрузке;

- изменение потребляемой электрической мощности на валу электродвигателя компрессора при изменении давления конденсации на 1 бар;

- потребляемая электрическая мощность электродвигателем i-й ступени конденсатора;

- блок вычисления эффективности выключения выполнен с возможностью вычисления эффективности ступеней конденсатора, при этом вычисления коэффициента эффективности отключения ступени конденсатора по формуле

,

где - коэффициент эффективности отключения i-й ступени конденсатора;

- давление конденсации, вычисленное по ΔТ предыдущей по очереди включения ступени конденсатора, при данной тепловой нагрузке;

- давление конденсации i-й ступени, вычисленное по ΔТ данной ступени конденсатора, при данной тепловой нагрузке;

- изменение потребляемой электрической мощности на валу электродвигателя компрессора при изменении давления конденсации на 1 бар;

- потребляемая электрическая мощность электродвигателем i-й ступени конденсатора;

- блок включения ступеней выполнен с возможностью включения i-й неработающей ступени конденсатора и всех ступеней в очереди до этой ступени, если коэффициент эффективности включения данной i-й ступени выше порогового значения;

- блок отключения ступеней выполнен с возможностью отключения i-й работающей ступени конденсатора, если коэффициент эффективности отключения i-й работающей ступени ниже порогового значения.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что вычислительный блок соединен с внешним источником питания или имеет внутренний источник питания.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что конденсатор содержит по меньшей мере одну ступень, которая имеет вентилятор, который соединен с контроллером управления холодильной установки.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что испарительный компрессор гидравлически соединен с насосом оборотной воды, который соединен с контроллером управления холодильной установки, при этом контур конденсации холодильной установки содержит воздушный конденсатор, компрессор и насос оборотной воды.

5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что контур конденсации холодильной установки содержит воздушный конденсатор и компрессор.

6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что блок формирования графика разницы температур, блок вычисления температур и давлений конденсации, а также блок формирования графика мощности выполнены с возможностью работы непрерывно на всем протяжении работы системы.

7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что данные потребляемой электрической мощности каждой ступенью конденсатора на валу электродвигателя компрессора поступают с датчика тока, установленного на электродвигателе компрессора, и заносятся в вычислительный блок перед началом работы системы.