VSD約克冷水機(jī)組原理及應(yīng)用

1、york optispeed variable speed drive 原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2目前流行的制冷機(jī)組配置目前流行的制冷機(jī)組配置 中小系統(tǒng)一般采用螺桿機(jī)組 大系統(tǒng)一般采用螺桿機(jī)組和離心機(jī)組的組合 利用離心機(jī)組的滿載特性 螺桿機(jī)組的部分負(fù)荷的調(diào)節(jié)特性3制冷機(jī)組的調(diào)節(jié)性能制冷機(jī)組的調(diào)節(jié)性能 螺桿機(jī)組 容積式壓縮 可進(jìn)行變壓頭運(yùn)行（可能會(huì)出現(xiàn)過壓和欠壓） ari工況的nplv值較好（約0.5kw/ton） 離心機(jī)組 恒壓頭壓縮（壓頭取決于葉輪線速度） 有較好的滿負(fù)荷特性 ari工況的nplv值較好（約0.56kw/ton）4是否有更好的機(jī)種？是否有更好的機(jī)種？ 我們發(fā)現(xiàn) 目前的離心機(jī)組調(diào)節(jié)

2、手段 壓頭不變 通過prv調(diào)節(jié)流量 實(shí)際狀況 一個(gè)供冷季節(jié)的天氣變化很大 同一天內(nèi)的變化也很可觀5變頻機(jī)組的使用變頻機(jī)組的使用 氣象的變化意味著： 制冷量的減少 通過導(dǎo)葉調(diào)節(jié)流量 冷凝壓力的降低 只需較小的壓頭 使用變頻技術(shù) ari工況的nplv值（約0.38kw/ton）6nplv值的比較值的比較 螺桿機(jī)組 ari工況的nplv值較好（約0.5kw/ton） 離心機(jī)組 ari工況的nplv值較好（約0.56kw/ton） 使用變頻技術(shù)（離心機(jī)組） ari工況的nplv值（約0.38kw/ton）內(nèi)內(nèi) 容容n 離心式壓縮機(jī)卸載控制方式離心式壓縮機(jī)卸載控制方式prv-預(yù)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流葉片預(yù)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流葉片

3、速度控制速度控制n ac 逆變器逆變器n vsd 冷水機(jī)組是如何工作的？冷水機(jī)組是如何工作的？n cs 和和 vsd 冷水機(jī)組的比較冷水機(jī)組的比較氣候條件氣候條件典型案例典型案例財(cái)務(wù)分析財(cái)務(wù)分析n 特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)n 應(yīng)用應(yīng)用離心式冷水機(jī)組離心式冷水機(jī)組離心式壓縮機(jī)的卸載控制離心式壓縮機(jī)的卸載控制截流孔板截流孔板過冷器過冷器冷凝器冷凝器均流板均流板葉輪葉輪滿液式蒸發(fā)滿液式蒸發(fā)器器rrv擋液板擋液板壓焓圖壓焓圖壓力焓蒸發(fā)器壓縮機(jī)冷凝器截流孔板制冷劑向大氣放熱制冷劑從負(fù)荷吸熱pcpehead =pc-pe離心式壓縮機(jī)的卸載控制離心式壓縮機(jī)的卸載控制離心式壓縮機(jī)的卸載控制離心式壓縮機(jī)的卸載控制n

4、 離心式壓縮機(jī)的特點(diǎn)離心式壓縮機(jī)的特點(diǎn) 最大壓頭和可變的流量最大壓頭和可變的流量 壓縮機(jī)的壓頭取決于葉輪的齒尖速度壓縮機(jī)的壓頭取決于葉輪的齒尖速度tip speed (d x tip speed (d x rpm)rpm) 壓縮機(jī)的最大速度取決于系統(tǒng)所需壓頭壓縮機(jī)的最大速度取決于系統(tǒng)所需壓頭(pc-pe)(pc-pe) 冷量控制方式可通過冷量控制方式可通過prv prv 控制或控制或/ /和速度控制和速度控制( (葉輪轉(zhuǎn)葉輪轉(zhuǎn)速速) )來實(shí)現(xiàn)來實(shí)現(xiàn) 喘振是當(dāng)系統(tǒng)所需壓頭超過壓縮機(jī)能提供的壓頭（在喘振是當(dāng)系統(tǒng)所需壓頭超過壓縮機(jī)能提供的壓頭（在某一給定的流量條件下）時(shí)發(fā)生的一種現(xiàn)象。某一給定的流量

5、條件下）時(shí)發(fā)生的一種現(xiàn)象。離心式壓縮機(jī)的卸載控制離心式壓縮機(jī)的卸載控制constant head variable headn通過通過pre-rotation vane (prv) 控制來卸載控制來卸載卸載時(shí)關(guān)閉卸載時(shí)關(guān)閉 prv可擴(kuò)展運(yùn)行區(qū)域可擴(kuò)展運(yùn)行區(qū)域 (從從 50% 降到降到 20%)n通過速度控制來卸載通過速度控制來卸載 當(dāng)負(fù)荷當(dāng)負(fù)荷/壓頭降低時(shí)，降低葉輪轉(zhuǎn)速壓頭降低時(shí)，降低葉輪轉(zhuǎn)速 卸載區(qū)域相對(duì)狹窄卸載區(qū)域相對(duì)狹窄(50%) 離心式壓縮機(jī)的卸載控制離心式壓縮機(jī)的卸載控制variable headconstant head 離心式壓縮機(jī)的卸載控制離心式壓縮機(jī)的卸載控制n通過速度控制卸

6、載通過速度控制卸載 壓縮機(jī)輸入功壓縮機(jī)輸入功 (能耗能耗) 與葉輪轉(zhuǎn)速與葉輪轉(zhuǎn)速 rpm的關(guān)系的關(guān)系 隨著轉(zhuǎn)速的降低，壓縮機(jī)輸入功大幅度下降隨著轉(zhuǎn)速的降低，壓縮機(jī)輸入功大幅度下降rpm of compressor % energy consumption of compressor % energy saving % 100100 100100 0 0 9090 72.972.9 27.127.1 8080 51.251.2 48.848.8 7070 34.434.4 63.763.7 n bph=flow x head / eff since flow rpmhead rpm 2so bp

7、h rpm 3離心式壓縮機(jī)的卸載控制離心式壓縮機(jī)的卸載控制n 通過速度和導(dǎo)葉（通過速度和導(dǎo)葉（prv）共同配合控制卸載）共同配合控制卸載n 運(yùn)行區(qū)域廣闊運(yùn)行區(qū)域廣闊 節(jié)能量巨大節(jié)能量巨大 需要久經(jīng)考驗(yàn)的控制系統(tǒng)和速度調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置需要久經(jīng)考驗(yàn)的控制系統(tǒng)和速度調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置 當(dāng)負(fù)荷當(dāng)負(fù)荷/壓頭降低時(shí)，壓頭降低時(shí)，prv全開轉(zhuǎn)速降低全開轉(zhuǎn)速降低 prv 當(dāng)負(fù)荷降低至當(dāng)負(fù)荷降低至 70%以下時(shí)，開始關(guān)閉以下時(shí)，開始關(guān)閉prv 還有很多優(yōu)勢(shì)將在稍后提及還有很多優(yōu)勢(shì)將在稍后提及離心式壓縮機(jī)的卸載控制離心式壓縮機(jī)的卸載控制compressor mapsurge line of non-prvconstant

8、head reduced head ac 逆變器簡(jiǎn)介逆變器簡(jiǎn)介ac power indcac power outvsd 冷水機(jī)組是如何工作的？冷水機(jī)組是如何工作的？n通過速度和導(dǎo)葉（通過速度和導(dǎo)葉（prv）共同配合控制卸載）共同配合控制卸載 硬件硬件: 壓頭探頭壓頭探頭, 溫度探頭溫度探頭 ,prv 位置探頭位置探頭, 喘振探頭和轉(zhuǎn)速（喘振探頭和轉(zhuǎn)速（rpm）探）探頭頭 vsd 裝置裝置 acc (adapted capacity control) 軟件軟件 (控制邏緝控制邏緝) acc讀取全部信息從而了解機(jī)組的運(yùn)行狀況讀取全部信息從而了解機(jī)組的運(yùn)行狀況 繪制出精確的機(jī)組喘振點(diǎn)圖繪制出精確的機(jī)

9、組喘振點(diǎn)圖 允許機(jī)組在喘振點(diǎn)附近運(yùn)行允許機(jī)組在喘振點(diǎn)附近運(yùn)行 使得機(jī)組在最低速度下運(yùn)行從而確保效率最高使得機(jī)組在最低速度下運(yùn)行從而確保效率最高 vsd 冷水機(jī)組是如何工作的？冷水機(jī)組是如何工作的？輸入輸入輸出輸出比較比較電機(jī)速電機(jī)速度邏輯度邏輯冷凍水出水溫度冷凍水出水溫度溫度設(shè)定值溫度設(shè)定值溫度溫度偏差偏差點(diǎn)饑速度信號(hào)點(diǎn)饑速度信號(hào)給邏輯給邏輯p.c.b.prv控制邏輯控制邏輯prv 控制信號(hào)控制信號(hào)（開啟或關(guān)閉）（開啟或關(guān)閉）比較比較壓頭和最壓頭和最小轉(zhuǎn)速小轉(zhuǎn)速探頭探頭min.轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速prv位置位置實(shí)際電機(jī)速度實(shí)際電機(jī)速度速度余量速度余量冷凝壓力冷凝壓力蒸發(fā)壓力蒸發(fā)壓力20導(dǎo)葉導(dǎo)葉電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)

10、剎車剎車 - 導(dǎo)葉導(dǎo)葉油門油門- 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)定速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)定速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 剎車用作減速 加速器固定在底板上加速器固定在底板上變速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)變速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 可完全控制加速器 必要時(shí)可踩剎車vsd 冷水機(jī)組是如何工作的？冷水機(jī)組是如何工作的？relationship between capacity, rpm & prv opening最小轉(zhuǎn)速最小轉(zhuǎn)速定速定速全開全開最大冷量最大冷量最小冷量最小冷量控制線控制線全關(guān)全關(guān)1/2導(dǎo)葉開度導(dǎo)葉開度喘振區(qū)喘振區(qū)防喘振設(shè)置防喘振設(shè)置速度控制速度控制 vsd 冷水機(jī)組是如何工作的？冷水機(jī)組是如何工作的？ vsd 冷水機(jī)組是如何工作的？冷水機(jī)組是如何工作的？ vsd

11、冷水機(jī)組是如何工作的？冷水機(jī)組是如何工作的？定速定速 變速變速自適應(yīng)冷量控制邏輯優(yōu)化壓縮機(jī)效率降低電機(jī)轉(zhuǎn)速優(yōu)化 prv 位置能耗降低負(fù)荷降低，負(fù)荷降低，prv 關(guān)閉關(guān)閉電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定 vsd 冷水機(jī)組是如何工作的？冷水機(jī)組是如何工作的？約克變頻驅(qū)動(dòng)器約克變頻驅(qū)動(dòng)器(vsd)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)年節(jié)能年節(jié)能30%30%延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命維修、保養(yǎng)方便維修、保養(yǎng)方便 降低輔助設(shè)備投資降低輔助設(shè)備投資 完善的電器保護(hù)完善的電器保護(hù) 寧靜運(yùn)行寧靜運(yùn)行定頻機(jī)組與變頻機(jī)組定頻機(jī)組與變頻機(jī)組的比較的比較定頻機(jī)組與變頻機(jī)組的比較定頻機(jī)組與變頻機(jī)組的比較 根據(jù)ari額定工況進(jìn)行比較定頻機(jī)

12、組與變頻機(jī)組的比較定頻機(jī)組與變頻機(jī)組的比較 fixed and variable speed at ari conditions% loadecwtkw/tonkw/ton 100 85.00.5820.599 90 81.00.5320.502 80 77.00.5000.441 70 73.00.4810.388 60 69.00.4700.339 50 65.00.4630.293 40 65.00.4940.292 30 65.00.5570.326 20 65.00.7000.373 10 65.01.1380.584fixed vs variable speed fixed and

13、 variable speed at ari conditions% loadecwtkw/tonkw/ton%saved 100 85.00.5820.599 -2.92 90 81.00.5320.502 5.64 80 77.00.5000.441 11.80 70 73.00.4810.388 19.33 60 69.00.4700.339 27.87 50 65.00.4630.293 36.72 40 65.00.4940.292 40.89 30 65.00.5570.326 41.47 20 65.00.7000.373 46.71 10 65.01.1380.584 48.6

14、8定頻離心機(jī)組能效比曲線定頻離心機(jī)組能效比曲線變頻離心機(jī)組能效比曲線變頻離心機(jī)組能效比曲線各負(fù)荷點(diǎn)的能效比差異各負(fù)荷點(diǎn)的能效比差異30% energy savingsyork (lecwt)60% load100% load80% loadtraditional60% load100% load80% load0.250.300.350.400.450.500.550.600.6585 f80 f75 f70 f65 f60 fentering condenser water temperaturekw / tonyork w/ variable speed100% load80% load6

15、0% loadcs 與與 vsd 冷水機(jī)組能耗比較冷水機(jī)組能耗比較壓力焓蒸發(fā)器壓縮機(jī)冷凝器截流孔板制冷劑向大氣放熱制冷劑從負(fù)荷吸熱pcpehead =pc-pecs 與與 vsd 冷水機(jī)組能耗比較冷水機(jī)組能耗比較n 為什么一臺(tái)為什么一臺(tái) vsd 驅(qū)動(dòng)的冷水機(jī)組可以節(jié)約能耗和年運(yùn)行驅(qū)動(dòng)的冷水機(jī)組可以節(jié)約能耗和年運(yùn)行費(fèi)用？費(fèi)用？n 由于室外溫度由于室外溫度 (干球干球/濕球溫度濕球溫度) 隨時(shí)間和季節(jié)的變化而變隨時(shí)間和季節(jié)的變化而變化化n 只有只有 1% 的運(yùn)行時(shí)間機(jī)組處于設(shè)計(jì)工況下的滿負(fù)荷運(yùn)行的運(yùn)行時(shí)間機(jī)組處于設(shè)計(jì)工況下的滿負(fù)荷運(yùn)行n vsd 冷水機(jī)組能充分利用低冷卻水溫度帶來的優(yōu)勢(shì)（壓冷水機(jī)組

16、能充分利用低冷卻水溫度帶來的優(yōu)勢(shì)（壓頭低頭低-轉(zhuǎn)速降低轉(zhuǎn)速降低-能耗降低）能耗降低）香港香港 2001 氣象資料氣象資料cs 與與 vsd 冷水機(jī)組能耗比較冷水機(jī)組能耗比較about 1% of chiller run hours are at design full-load!共計(jì)共計(jì) 365 天天n 舉例說明（根據(jù)香港氣象資料）cs chillervsd chiller% loadecwtkw/tonkw/ton%saved 10089.60.667 (a)0.670 (a)-0.45 75770.578 (b)0.476 (b)17.6 5067.50.603 (c)0.353 (c)4

17、1.5 25650.800 (d)0.440 (d)45nplv0.5640.36236cs 與與 vsd 冷水機(jī)組能耗比較冷水機(jī)組能耗比較年年節(jié)約能耗能耗 36% nplv=1/(0.01/a + 0.42/b + 0.45/c + 0.12/d)n 例 1. 辦公樓 (單臺(tái)機(jī)組)每天 10h, 每年6個(gè)月總的運(yùn)行小時(shí)數(shù)： 1800cs 機(jī)組年能耗 1800 x 600 x 0.564=609,120 kwhvsd 機(jī)組年能耗 1800 x 600 x 0.362=390,960 kwh年節(jié)約能耗 218,160 kwhe saving = kwh saving x e rate = 146

18、167$年能耗/ 節(jié)約費(fèi)用節(jié)約費(fèi)用 146,167$cs 與與 vsd 冷水機(jī)組能耗比較冷水機(jī)組能耗比較cs 與與 vsd 冷水機(jī)組能耗比較冷水機(jī)組能耗比較n 例 2. 高級(jí)賓館 (單臺(tái)機(jī)組) 每天 24h, 每年8個(gè)月 總的運(yùn)行小時(shí)數(shù)： 5760 cs 機(jī)組年能耗 5760 x 600 x 0.564=1,949,184 kwh vsd 機(jī)組年能耗 5760 x 600 x 0.362=1,251,072 kwh 年節(jié)約能耗 698112 kwh e saving = kwh saving x e rate = 467,735$年能耗/ 節(jié)約費(fèi)用 467,735$cs 與與 vsd 冷水機(jī)組

19、能耗比較冷水機(jī)組能耗比較n多臺(tái)配 vsd 的冷水機(jī)房一般來講，一個(gè)冷水機(jī)房往往有多臺(tái)冷水機(jī)組當(dāng)室外溫度/負(fù)荷降低時(shí)，冷水機(jī)組會(huì)一臺(tái)一臺(tái)地關(guān)機(jī) 當(dāng)室外溫度/負(fù)荷降低時(shí)，壓頭也會(huì)降低vsd 冷水機(jī)組能充分利用低壓頭的優(yōu)勢(shì)節(jié)約能耗cs 冷水機(jī)組不能象vsd 冷水機(jī)組一樣利用得那么充分 特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì) n 工廠安裝的vsd冷水機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)特性工廠安裝斷路器ul 列出的接地保護(hù)所有vsd數(shù)據(jù)都顯示在冷水機(jī)組圖形化控制面板上單點(diǎn)電源線連接無須額外的占地空間454647n 運(yùn)行優(yōu)勢(shì) 最小可低至 30 hz時(shí)的轉(zhuǎn)速 在所有負(fù)荷工況下總的功率因數(shù)都大于等于0.95 如果選擇濾波器的話，總功率因數(shù)將大于等于0

20、.98 可代替啟動(dòng)器 降低啟動(dòng)沖擊電流，使之低于100% fla 啟動(dòng)間隔時(shí)間為 - 3 mins 減少驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的摩損 運(yùn)行寧靜特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)n 軟啟動(dòng)可替代啟動(dòng)器從1hz開始啟動(dòng)從不超過 100% fla對(duì)沖擊電流具有非常好的限制能力 (改造項(xiàng)目, 變壓器容量小、發(fā)電機(jī)容量小)05102040100%200%300%400%500%motor fla (%)time (sec)星三角啟動(dòng)器星三角啟動(dòng)器optispeed vsd沖擊電流沖擊電流特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)n安全性能安全性能 過載保護(hù) 欠電壓保護(hù) 馬達(dá)3 相過電流探頭 單相保護(hù) 相序保護(hù) 高溫保護(hù)約克變頻驅(qū)動(dòng)器

21、約克變頻驅(qū)動(dòng)器(vsd)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)年節(jié)能年節(jié)能30%30%延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命維修、保養(yǎng)方便維修、保養(yǎng)方便 降低輔助設(shè)備投資降低輔助設(shè)備投資 完善的電器保護(hù)完善的電器保護(hù) 寧靜運(yùn)行寧靜運(yùn)行52vsdvsd優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)- -本行業(yè)最富經(jīng)驗(yàn)本行業(yè)最富經(jīng)驗(yàn)19791979年第一臺(tái)年第一臺(tái)vsdvsd機(jī)組投入使用機(jī)組投入使用至今已是第四代至今已是第四代全球冷水機(jī)組變頻技術(shù)應(yīng)用的先導(dǎo)全球冷水機(jī)組變頻技術(shù)應(yīng)用的先導(dǎo)至今已有近至今已有近50005000臺(tái)安裝工程，超過所有對(duì)手的數(shù)量總和臺(tái)安裝工程，超過所有對(duì)手的數(shù)量總和迄今國內(nèi)已售出超過迄今國內(nèi)已售出超過500500臺(tái)臺(tái)vsdvsdvsdv

22、sd裝置既可安裝在新出廠裝置既可安裝在新出廠 的離心機(jī)上，也可用于改的離心機(jī)上，也可用于改裝原有離心機(jī)。裝原有離心機(jī)。53至今獲多項(xiàng)相關(guān)專利u.s. patenttitle4,275,987adjustable surge and capacity control system4,355,948adjustable surge and capacity control system4,546,618capacity control systems for inverter-driven centrifugal chillers4,581,900surge detection technique

23、 for centrrifugal compressors4,608,833self-optimizing capacity control for inverter-driven centrifugal chillers5,669,225variable speed control of centrifugal chillers using fuzzy logic5,746,062technique for detecting surge using differential pressure in centrif. chlrs.5,809,795fuzzy logic liquid lev

24、el control5,894,736methods and apparatus for detecting surge in centrifugal chillers6,026,650freeze point protection for water-cooled chiller6,202,431adaptive hot gas bypass control for centrifugal chillers6,330,806flash miniature card for hi-density storage in industrial control panel6,427,464adaptive hot gas bypass control for centrifugal chillers6,619,061sel