VSD约克冷水机组原理及应用

1、york optispeed variable speed drive 原理及应用原理及应用2目前流行的制冷机组配置目前流行的制冷机组配置 中小系统一般采用螺杆机组 大系统一般采用螺杆机组和离心机组的组合 利用离心机组的满载特性 螺杆机组的部分负荷的调节特性3制冷机组的调节性能制冷机组的调节性能 螺杆机组 容积式压缩 可进行变压头运行（可能会出现过压和欠压） ari工况的nplv值较好（约0.5kw/ton） 离心机组 恒压头压缩（压头取决于叶轮线速度） 有较好的满负荷特性 ari工况的nplv值较好（约0.56kw/ton）4是否有更好的机种？是否有更好的机种？ 我们发现 目前的离心机组调节

2、手段 压头不变 通过prv调节流量 实际状况 一个供冷季节的天气变化很大 同一天内的变化也很可观5变频机组的使用变频机组的使用 气象的变化意味着： 制冷量的减少 通过导叶调节流量 冷凝压力的降低 只需较小的压头 使用变频技术 ari工况的nplv值（约0.38kw/ton）6nplv值的比较值的比较 螺杆机组 ari工况的nplv值较好（约0.5kw/ton） 离心机组 ari工况的nplv值较好（约0.56kw/ton） 使用变频技术（离心机组） ari工况的nplv值（约0.38kw/ton）内内 容容n 离心式压缩机卸载控制方式离心式压缩机卸载控制方式prv-预旋转导流叶片预旋转导流叶片

3、速度控制速度控制n ac 逆变器逆变器n vsd 冷水机组是如何工作的？冷水机组是如何工作的？n cs 和和 vsd 冷水机组的比较冷水机组的比较气候条件气候条件典型案例典型案例财务分析财务分析n 特点及优势特点及优势n 应用应用离心式冷水机组离心式冷水机组离心式压缩机的卸载控制离心式压缩机的卸载控制截流孔板截流孔板过冷器过冷器冷凝器冷凝器均流板均流板叶轮叶轮满液式蒸发满液式蒸发器器rrv挡液板挡液板压焓图压焓图压力焓蒸发器压缩机冷凝器截流孔板制冷剂向大气放热制冷剂从负荷吸热pcpehead =pc-pe离心式压缩机的卸载控制离心式压缩机的卸载控制离心式压缩机的卸载控制离心式压缩机的卸载控制n

4、 离心式压缩机的特点离心式压缩机的特点 最大压头和可变的流量最大压头和可变的流量 压缩机的压头取决于叶轮的齿尖速度压缩机的压头取决于叶轮的齿尖速度tip speed (d x tip speed (d x rpm)rpm) 压缩机的最大速度取决于系统所需压头压缩机的最大速度取决于系统所需压头(pc-pe)(pc-pe) 冷量控制方式可通过冷量控制方式可通过prv prv 控制或控制或/ /和速度控制和速度控制( (叶轮转叶轮转速速) )来实现来实现 喘振是当系统所需压头超过压缩机能提供的压头（在喘振是当系统所需压头超过压缩机能提供的压头（在某一给定的流量条件下）时发生的一种现象。某一给定的流量

5、条件下）时发生的一种现象。离心式压缩机的卸载控制离心式压缩机的卸载控制constant head variable headn通过通过pre-rotation vane (prv) 控制来卸载控制来卸载卸载时关闭卸载时关闭 prv可扩展运行区域可扩展运行区域 (从从 50% 降到降到 20%)n通过速度控制来卸载通过速度控制来卸载 当负荷当负荷/压头降低时，降低叶轮转速压头降低时，降低叶轮转速 卸载区域相对狭窄卸载区域相对狭窄(50%) 离心式压缩机的卸载控制离心式压缩机的卸载控制variable headconstant head 离心式压缩机的卸载控制离心式压缩机的卸载控制n通过速度控制卸

6、载通过速度控制卸载 压缩机输入功压缩机输入功 (能耗能耗) 与叶轮转速与叶轮转速 rpm的关系的关系 随着转速的降低，压缩机输入功大幅度下降随着转速的降低，压缩机输入功大幅度下降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离心式压缩机的卸载控制离心式压缩机的卸载控制n 通过速度和导叶（通过速度和导叶（prv）共同配合控制卸载）共同配合控制卸载n 运行区域广阔运行区域广阔 节能量巨大节能量巨大 需要久经考验的控制系统和速度调节驱动装置需要久经考验的控制系统和速度调节驱动装置 当负荷当负荷/压头降低时，压头降低时，prv全开转速降低全开转速降低 prv 当负荷降低至当负荷降低至 70%以下时，开始关闭以下时，开始关闭prv 还有很多优势将在稍后提及还有很多优势将在稍后提及离心式压缩机的卸载控制离心式压缩机的卸载控制compressor mapsurge line of non-prvconstant

8、head reduced head ac 逆变器简介逆变器简介ac power indcac power outvsd 冷水机组是如何工作的？冷水机组是如何工作的？n通过速度和导叶（通过速度和导叶（prv）共同配合控制卸载）共同配合控制卸载 硬件硬件: 压头探头压头探头, 温度探头温度探头 ,prv 位置探头位置探头, 喘振探头和转速（喘振探头和转速（rpm）探）探头头 vsd 装置装置 acc (adapted capacity control) 软件软件 (控制逻缉控制逻缉) acc读取全部信息从而了解机组的运行状况读取全部信息从而了解机组的运行状况 绘制出精确的机组喘振点图绘制出精确的机

9、组喘振点图 允许机组在喘振点附近运行允许机组在喘振点附近运行 使得机组在最低速度下运行从而确保效率最高使得机组在最低速度下运行从而确保效率最高 vsd 冷水机组是如何工作的？冷水机组是如何工作的？输入输入输出输出比较比较电机速电机速度逻辑度逻辑冷冻水出水温度冷冻水出水温度温度设定值温度设定值温度温度偏差偏差点饥速度信号点饥速度信号给逻辑给逻辑p.c.b.prv控制逻辑控制逻辑prv 控制信号控制信号（开启或关闭）（开启或关闭）比较比较压头和最压头和最小转速小转速探头探头min.转速转速prv位置位置实际电机速度实际电机速度速度余量速度余量冷凝压力冷凝压力蒸发压力蒸发压力20导叶导叶电动机电动机

10、刹车刹车 - 导叶导叶油门油门- 电动机电动机定速驱动系统定速驱动系统 刹车用作减速 加速器固定在底板上加速器固定在底板上变速驱动系统变速驱动系统 可完全控制加速器 必要时可踩刹车vsd 冷水机组是如何工作的？冷水机组是如何工作的？relationship between capacity, rpm & prv opening最小转速最小转速定速定速全开全开最大冷量最大冷量最小冷量最小冷量控制线控制线全关全关1/2导叶开度导叶开度喘振区喘振区防喘振设置防喘振设置速度控制速度控制 vsd 冷水机组是如何工作的？冷水机组是如何工作的？ vsd 冷水机组是如何工作的？冷水机组是如何工作的？ vsd

11、冷水机组是如何工作的？冷水机组是如何工作的？定速定速 变速变速自适应冷量控制逻辑优化压缩机效率降低电机转速优化 prv 位置能耗降低负荷降低，负荷降低，prv 关闭关闭电机转速恒定电机转速恒定 vsd 冷水机组是如何工作的？冷水机组是如何工作的？约克变频驱动器约克变频驱动器(vsd)特点及优势特点及优势年节能年节能30%30%延长机组使用寿命延长机组使用寿命维修、保养方便维修、保养方便 降低辅助设备投资降低辅助设备投资 完善的电器保护完善的电器保护 宁静运行宁静运行定频机组与变频机组定频机组与变频机组的比较的比较定频机组与变频机组的比较定频机组与变频机组的比较 根据ari额定工况进行比较定频机

12、组与变频机组的比较定频机组与变频机组的比较 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定频离心机组能效比曲线定频离心机组能效比曲线变频离心机组能效比曲线变频离心机组能效比曲线各负荷点的能效比差异各负荷点的能效比差异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 与与 vsd 冷水机组能耗比较冷水机组能耗比较压力焓蒸发器压缩机冷凝器截流孔板制冷剂向大气放热制冷剂从负荷吸热pcpehead =pc-pecs 与与 vsd 冷水机组能耗比较冷水机组能耗比较n 为什么一台为什么一台 vsd 驱动的冷水机组可以节约能耗和年运行驱动的冷水机组可以节约能耗和年运行费用？费用？n 由于室外温度由于室外温度 (干球干球/湿球温度湿球温度) 随时间和季节的变化而变随时间和季节的变化而变化化n 只有只有 1% 的运行时间机组处于设计工况下的满负荷运行的运行时间机组处于设计工况下的满负荷运行n vsd 冷水机组能充分利用低冷却水温度带来的优势（压冷水机组

16、能充分利用低冷却水温度带来的优势（压头低头低-转速降低转速降低-能耗降低）能耗降低）香港香港 2001 气象资料气象资料cs 与与 vsd 冷水机组能耗比较冷水机组能耗比较about 1% of chiller run hours are at design full-load!共计共计 365 天天n 举例说明（根据香港气象资料）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 与与 vsd 冷水机组能耗比较冷水机组能耗比较年年节约能耗能耗 36% nplv=1/(0.01/a + 0.42/b + 0.45/c + 0.12/d)n 例 1. 办公楼 (单台机组)每天 10h, 每年6个月总的运行小时数： 1800cs 机组年能耗 1800 x 600 x 0.564=609,120 kwhvsd 机组年能耗 1800 x 600 x 0.362=390,960 kwh年节约能耗 218,160 kwhe saving = kwh saving x e rate = 146

18、167$年能耗/ 节约费用节约费用 146,167$cs 与与 vsd 冷水机组能耗比较冷水机组能耗比较cs 与与 vsd 冷水机组能耗比较冷水机组能耗比较n 例 2. 高级宾馆 (单台机组) 每天 24h, 每年8个月 总的运行小时数： 5760 cs 机组年能耗 5760 x 600 x 0.564=1,949,184 kwh vsd 机组年能耗 5760 x 600 x 0.362=1,251,072 kwh 年节约能耗 698112 kwh e saving = kwh saving x e rate = 467,735$年能耗/ 节约费用 467,735$cs 与与 vsd 冷水机组

19、能耗比较冷水机组能耗比较n多台配 vsd 的冷水机房一般来讲，一个冷水机房往往有多台冷水机组当室外温度/负荷降低时，冷水机组会一台一台地关机 当室外温度/负荷降低时，压头也会降低vsd 冷水机组能充分利用低压头的优势节约能耗cs 冷水机组不能象vsd 冷水机组一样利用得那么充分 特点与优势特点与优势 n 工厂安装的vsd冷水机组的标准特性工厂安装断路器ul 列出的接地保护所有vsd数据都显示在冷水机组图形化控制面板上单点电源线连接无须额外的占地空间454647n 运行优势 最小可低至 30 hz时的转速 在所有负荷工况下总的功率因数都大于等于0.95 如果选择滤波器的话，总功率因数将大于等于0

20、.98 可代替启动器 降低启动冲击电流，使之低于100% fla 启动间隔时间为 - 3 mins 减少驱动系统的摩损 运行宁静特点与优势特点与优势特点与优势特点与优势n 软启动可替代启动器从1hz开始启动从不超过 100% fla对冲击电流具有非常好的限制能力 (改造项目, 变压器容量小、发电机容量小)05102040100%200%300%400%500%motor fla (%)time (sec)星三角启动器星三角启动器optispeed vsd冲击电流冲击电流特点与优势特点与优势n安全性能安全性能 过载保护 欠电压保护 马达3 相过电流探头 单相保护 相序保护 高温保护约克变频驱动器

21、约克变频驱动器(vsd)特点及优势特点及优势年节能年节能30%30%延长机组使用寿命延长机组使用寿命维修、保养方便维修、保养方便 降低辅助设备投资降低辅助设备投资 完善的电器保护完善的电器保护 宁静运行宁静运行52vsdvsd优势优势- -本行业最富经验本行业最富经验19791979年第一台年第一台vsdvsd机组投入使用机组投入使用至今已是第四代至今已是第四代全球冷水机组变频技术应用的先导全球冷水机组变频技术应用的先导至今已有近至今已有近50005000台安装工程，超过所有对手的数量总和台安装工程，超过所有对手的数量总和迄今国内已售出超过迄今国内已售出超过500500台台vsdvsdvsdv

22、sd装置既可安装在新出厂装置既可安装在新出厂 的离心机上，也可用于改的离心机上，也可用于改装原有离心机。装原有离心机。53至今获多项相关专利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