CN106931677B - 溴化锂吸收式机组应用的循环泵全变频控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及溴化锂吸收式制冷技术领域，公开了一种溴化锂吸收式机组应用的循环泵全变频控制系统，主控制器与冷媒泵变频单元、发生泵变频单元及吸收泵变频单元电路连接，并分别对冷媒泵、发生泵及吸收泵的工作频率及启停进行单独控制；冷媒泵变频单元由冷媒泵变频器、冷水出口温度传感器和蒸发器液位电极组成，发生泵变频单元由发生泵变频器、高温发生器温度传感器、冷却水入口温度传感器和高温发生器液位电极组成，吸收泵变频单元由吸收泵变频器、低温发生器温度传感器、低温热交入口温度传感器、低温热交出口温度传感器和吸收器入口温度传感器组成。本发明能够精准控制溶液循环量、降低电能消耗，保证溴化锂吸收式机组稳定、安全和节能运行。
Description
技术领域
本发明涉及溴化锂吸收式制冷技术领域，特别涉及具有冷媒泵、发生泵和吸收泵都变频控制冷媒和溶液循环量的溴化锂吸收式机组。
背景技术
溴化锂吸收式机组将冷水在蒸发器内被来自冷凝器减压节流后的低温冷剂水冷却，冷媒水自身吸收冷水热量后蒸发，成为冷剂蒸汽，进入吸收器，被浓溶液吸收，浓溶液变稀溶液。在冷却水温度低时，在冷媒水滴淋流量不变时，有可能造成冷剂蒸汽吸收量过大，蒸发器冷媒水空，冷媒泵气蚀或损坏等故障。稀溶液在发生器加热，然后产生冷剂蒸汽，发生浓缩作用。在发生器热负荷一定时，稀溶液循环量过大，则损失部分增加，导致冷剂蒸汽发生量减少，制冷能力下降，同时单位耗汽量增加，热力系数降低。反之，稀溶液量过小时，虽然预热损失部分减少，但放汽范围增大的同时浓溶液温度升高所需的加热量损失增多，亦导致冷剂蒸汽发生量减少，制冷量下降。所以，在一定的外界加热条件下，稀溶液循环量有一最佳值。低温发生器浓溶液出口浓度的增加，将会产生浓溶液结晶的危险。一旦发生结晶，吸收器吸收效果将恶化，蒸发器不能发挥其制冷效果，使制冷机处在局部负荷下运行，这是很不利的。
冷媒泵作用是将冷媒水从蒸发器输送到蒸发器滴淋盘上，控制冷剂蒸汽的蒸发量。发生泵作用是将稀溶液从吸收器输送到高温发生器，控制稀溶液循环量。吸收泵是将浓溶液从低温发生器输送到吸收器内的滴淋盘，控制浓溶液循环量。因此，无论从提高机组运行的经济性，还是获得最佳的制冷效果，都必须对溶液循环量进行合理调节。
目前，市场上的溴化锂吸收式机组冷媒水和浓溶液循环量控制方式为冷媒泵和吸收泵定频，靠手动挡板阀调节流量。稀溶液循环量控制方式为两种：一种是发生泵定频，靠手动挡板阀调节流量。定频方式优点：成本低、初投资小；缺点：稀溶液循环量不稳定。另一种是发生泵变频，频率仅与再生器温度有关，无修正。优点：控制方式相对简单；缺点：溶液循环量因无修正容易造成吸收液泵频繁启停，循环量相对不稳定。如何使溴化锂机组的冷媒水和溶液循环量控制既能精准稳定，又具有明显提升溴化锂吸收式机组的经济运行效果，成为当前亟需解决的问题。
本发明的内容
本发明的目的是克服上述不足缺点，提供一种溴化锂吸收式机组应用的循环泵全变频控制系统，可以使溴化锂机组的冷媒水和溶液循环量控制既能精准稳定，又具有明显提升溴化锂吸收式机组稳定、安全和节能的运行效果。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：提出了溴化锂吸收式机组应用的循环泵全变频控制系统，涉及溴化锂吸收式机组中的冷媒泵、发生泵及吸收泵，包括冷媒泵变频单元、发生泵变频单元、吸收泵变频单元和主控制器，主控制器与冷媒泵变频单元、发生泵变频单元及吸收泵变频单元电路连接，并分别对冷媒泵、发生泵及吸收泵的工作频率及启停进行单独控制；
所述冷媒泵变频单元由冷媒泵变频器、冷水出口温度传感器和蒸发器液位电极组成，冷媒泵变频器与冷媒泵连接，冷水出口温度传感器设置于机组的冷水出口管路上，蒸发器液位电极用于检测蒸发器内冷媒水的液位值；
所述发生泵变频单元由发生泵变频器、高温发生器温度传感器、冷却水入口温度传感器和高温发生器液位电极组成，发生泵变频器与发生泵连接，高温发生器温度传感器用于检测高温发生器内的溴化锂溶液温度值，冷却水入口温度传感器用于检测进入冷凝器的冷却水温度值，高温发生器液位电极用于检测高温发生器内溴化锂溶液的液位值；
所述吸收泵变频单元由吸收泵变频器、低温发生器温度传感器、低温热交入口温度传感器、低温热交出口温度传感器和吸收器入口温度传感器组成，吸收泵变频器与吸收泵连接，连接低温发生器与低温热交换器的管路上靠近低温发生器的位置处设置有低温发生器温度传感器，且靠近低温热交换器位置处设置有低温热交入口温度传感器；连接低温热交换器与吸收器的管路上靠近低温热交换器位置处设置有低温热交出口温度传感器，且靠近吸收器的位置处设置有吸收器入口温度传感器。
所述蒸发器液位电由4根电极组成，分别用来检测高、中、低、E四个液位点。
所述高温发生器液位电极由两根电级组成，分别为控制电级和接地电级。
所述主控制器包括可编程控制器PLC、信号采集器和控制单元；
信号采集器采集蒸发器液位电极及冷水出口温度传感器的输出信号，并提供给可编程控制器PLC，可编程控制器PLC中的冷媒泵运算模块根据蒸发器液位信号自动计算和修正冷媒泵变频器的频率值，同时结合冷水出口温度，得出冷媒泵变频和启停控制信号，相应的控制单元将可编程控制器PLC的输出传送至冷媒泵变频器中，对冷媒泵进行变频和启停控制；
信号采集器采集高温发生器温度传感器、冷却水入口温度传感器及高温发生器液位电极的输出信号，并提供给可编程控制器PLC，可编程控制器PLC中的发生泵运算模块根据高温发生器及冷却水入口的温度值自动计算发生泵变频器的频率值，同时结合高温发生器液位电极的液位高度信号对发生泵变频器频的率值进行实时修正，相应的控制单元将可编程控制器PLC的输出传送至发生泵变频器中，对发生泵进行变频控制；
信号采集器采集低温发生器温度传感器、低温热交入口温度传感器、低温热交出口温度传感器和吸收器入口温度传感器的输出信号，并提供给可编程控制器PLC，可编程控制器PLC中的吸收泵运算模块根据低温发生器、低温热交进、出口及吸收器入口温度自动计算并实时修正吸收泵变频器的频率，控制单元将可编程控制器PLC的输出传送至吸收泵变频器中，对吸收泵进行变频控制。
本发明采用智能可编程控制器PLC主控单元分别对冷媒泵变频单元、发生泵变频单元和吸收泵变频单元进行自校验分析处理方式，替代了现有的人工检查、判断方式，能够提供一个实时、准确的计算分析结果，且不改变原溴化锂吸收式机组的其它控制系统。本发明的控制系统在一次计算分析结果的基础上进行二次分析修正，既可对满足机组冷媒水和溶液精准控制，又可对机组外部工况变化及时对应，满足机组各种工况条件的经济性运转。在工作中若其中某个循环泵的循环量精准控制出现特殊情况，可以快速变更设定参数值，无需进行任何硬件改动对应，该带循环泵全变频控制系统能够满足不同用户对溴化锂吸收式机组冷媒水和溶液循环量精准控制的需求。
附图说明
图1为本发明溴化锂吸收式机组应用的循环泵全变频控制系统结构示意图。
图2为本发明溴化锂吸收式机组应用的循环泵全变频控制系统蒸发器液位电极图。
图3为本发明溴化锂吸收式机组应用的循环泵全变频控制系统冷媒泵起停与冷水出口温度的关系图。
图4为本发明溴化锂吸收式机组应用的循环泵全变频控制系统冷媒泵起停逻辑流程图。
图5为本发明溴化锂吸收式机组应用的循环泵全变频控制系统发生器液位电极图。
图6为本发明溴化锂吸收式机组应用的循环泵全变频控制系统的发生泵频率计算流程图。
图7为本发明溴化锂吸收式机组应用的循环泵全变频控制系统的吸收泵频率计算及修正流程图。
图中：1-冷媒泵，2-冷媒泵变频器，3-冷水出口温度传感器，4-蒸发器液位电极，5-发生泵，6-发生泵变频器，7-高温发生器温度传感器，8-冷却水入口温度传感器，9-发生器液位电极，10-吸收泵，11-吸收泵变频器，12-低温发生器温度传感器，13-低温热交入口温度传感器，14-低温热交出口温度传感器，15-吸收器入口温度传感器，16-蒸发器，17-吸收器，18-冷凝器，19-低温发生器，20-高温发生器，21-高温热交换器，22-热回收器，23-蒸汽疏水器，24-低温热交换器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，溴化锂吸收式机组主要包括蒸发器16、吸收器17、高温发生器20、低温发生器19、冷凝器18、冷媒泵1、冷媒泵变频单元、发生泵5、发生泵变频单元、吸收泵17及吸收泵变频单元。主控制器与冷媒泵变频单元、发生泵变频单元及吸收泵变频单元电路连接，并分别对冷媒泵、发生泵及吸收泵的工作频率及启停进行单独控制。其中，主控制器包括可编程控制器PLC、信号采集器和控制单元；信号采集器将各个循环泵的温度、液位信号提供给可编程控制器PLC， PLC根据内部编写的对应各个循环泵的频率自动修正及泵起停程序进行自动运算，并输出至对应的变频器，分别对各循环泵单元进行控制，从而达到调节冷媒水和溶液循环量的目的。
本发明冷媒泵变频单元由冷媒泵变频器2、冷水出口温度传感器3和蒸发器液位电极4组成，冷媒泵变频器2与冷媒泵1连接，冷水出口温度传感器3设置于机组的冷水出口管路上，蒸发器液位电极4用于检测蒸发器16内冷媒水的液位值。
主控器对冷媒泵变频单元的控制过程如下：可设定变频参数有：最低频率（默认24Hz）、最高频率（默认60Hz）、中间频率（可变）和频率变化量（默认2Hz）。如图2所示，蒸发器内的冷媒水液位按变化曲线a趋势变化时，当液位上升未连续触“低”电极10秒，即液位在B区以下时，冷媒泵停止；当液位上升连续接触到“低”电极10秒，即液位在B区与C区之间时，冷媒泵仍停止；当液位上升连续接触到“中”电极10秒，即液位在C区与D区之间时，冷媒泵启动运行，其频率从设定的最低频率以每5秒增加频率变化量2Hz，一直到中间频率；当液位上升连续接触到“高”电极10秒，在D区以上时，冷媒泵从中间频率每5秒升2Hz，一直升到满频。此时，中间频率发生变化，在原值基础上增加2Hz。蒸发器内的冷媒水液位按变化曲线b趋势变化时，当液位下降连续未接触“高”电极10秒，即液位在C区与D区之间时，冷媒泵频率每5秒降2Hz，一直降到中间频率为止；当液位下降连续未接触“中”电极10秒，即液位在C区与B区之间时，冷媒泵频率每5秒降2Hz， 一直降到最低频率为止。此时，中间频率发生变化，在原值基础上减2Hz。当液位下降连续未接触“低”电极10秒可，在B区以下时，冷媒泵停止。另外冷媒泵起停还受冷水出口温度强制控制。如图3所示，条件A为设定温度-2℃；条件B为设定温度-1.5℃。冷水出口温度≥条件B，冷媒泵允许运转；冷水出口温度≤条件A，冷媒泵运转强制停止。综合液位控制与温度控制，则冷媒泵最终起停控制逻辑如图4流程图所示。
本发明发生泵变频单元计算出的发生泵频率与高温发生器温度、冷却水入口温度及变频控制参数（表1）有关。主控器的具体计算过程如图6所示：机组运转时，当高温发生器温度小于a1，冷却水入口温度大于19℃小于32℃时，则将冷却水入口温度代入图6的公式1中计算出频率值Hz1，再与a4×12计算值进行比较，如大于a4×12，则公式2重新计算出频率值，再与a6×12的计算值进行比较，依次循环计算出最合适的频率值。如果高在温度大于a1值时，频率值Hz1为满频60Hz。当冷却水入口温度大于32℃时或小于19℃时，分别按ａ3=32或ａ3=19代入注1公式进行频率计算，计算频率不能超出最高或低于最低频率。注：机组刚开机运行30分钟内和稀释运转两种工作状态时，ａ3=19。
表1 发生泵变频控制参数设定表
如图5所示为高温发生器液位电极图。根据液位电极的控制电极E1及接地电极E2修正发生泵变频器频率值。液位控制电极E1导通ON时，修正频率值，每5秒钟修正一次。修正方案如下：计算过程值：m1=(m1old×(N-1)+E1)/N （m1的初值为0.3） 公式中：N：预测时间 、E1：液面高电极（ON=1〔液面高〕、OFF=0〔正常〕）、m1o1d：上回m1值。当m1＜0.3，则m1=0.3；当m1＞0.75，则m1=0.75。
频率修正值：当m1≦0.4时：输出频率out1=计算频率Hz1；当0.4＜m1≦0.6时：out1=Hz1-(Hz1-a6×12)×(m1-0.4)/0.2；当0.6＜m1≦0.7时：out1=a6×12；当0.7＜m1时：发生泵停止。
本发明吸收泵变频单元根据检测各温度点温度和设定参数计算出发生泵频率值及最合适的浓溶液循环量。主控制器的具体计算过程如图7所示，每30秒计算一次。其中流程图中各参数意义如下表2：
表2 流程图参数标记和意义
如流程图7所示，第一次循环时频率输出值Hz2OUT等于最低频率a22，之后再每30秒执行如下操作。当机组稀释运转时，输出频率Hz2OUT=60；机组非稀释运转按如下执行，当高温发生器温度TG＞a21时，输出频率Hz2OUT=60；当TG＜a21并且TE5A-TE7A＞a24时，计算出Hz2a=Hz2outA+a23×|TE5A-TE7A|，当Hz2a＞Hz2outA+5时，Hz2a=Hz2outA+5，否则Hz2a=Hz2outA。而当TE5A-TE7A≤a24，并且TE4A-TE6A＞a25时，Hz2a=Hz2outA-a23×|TE4A-TE6A|，当Hz2a＜Hz2outA-5时，Hz2a=Hz2outA-5，否则Hz2a=Hz2outA。以上计算结果，如Hz2＞60时，输出Hz2OUT=60；如Hz2＜a22时，Hz2OUT=a22。另外当低温热交换器入口温度（TE6A）、吸收器入口温度（TE5A）、低温热交换器出口温度（TE7A）任意一个温度传感器异常时，吸收泵按60Hz运行。
注：｜TE5A-TE7A｜、｜TE4A-TE6A｜是绝对值。
本发明涉及溴化锂吸收式机组应用的循环泵全变频控制系统的特点是：各循环泵频率计算公式中参数是可更改的，根据机组实际运行工况条件进行优化设定和自校验设定，并且各循环泵的频率计算结果具有自动修正及泵起停控制功能。本发明可以时时应对溴化锂吸收式机组多变的用户工况，能够稳定、安全和节能运行，具有良好的适应性。
以上内容是结合优选技术方案对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施仅限于这些说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出简单的推演及替换，都应当视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.溴化锂吸收式机组应用的循环泵全变频控制系统，涉及溴化锂吸收式机组中的冷媒泵、发生泵及吸收泵，其特征在于：包括冷媒泵变频单元、发生泵变频单元、吸收泵变频单元和主控制器，主控制器与冷媒泵变频单元、发生泵变频单元及吸收泵变频单元电路连接，并分别对冷媒泵、发生泵及吸收泵的工作频率及启停进行单独控制；
所述冷媒泵变频单元由冷媒泵变频器、冷水出口温度传感器和蒸发器液位电极组成，冷媒泵变频器与冷媒泵连接，冷水出口温度传感器设置于机组的冷水出口管路上，蒸发器液位电极用于检测蒸发器内冷媒水的液位值；
所述发生泵变频单元由发生泵变频器、高温发生器温度传感器、冷却水入口温度传感器和高温发生器液位电极组成，发生泵变频器与发生泵连接，高温发生器温度传感器用于检测高温发生器内的溴化锂溶液温度值，冷却水入口温度传感器用于检测进入冷凝器的冷却水温度值，高温发生器液位电极用于检测高温发生器内溴化锂溶液的液位值；
所述吸收泵变频单元由吸收泵变频器、低温发生器温度传感器、低温热交入口温度传感器、低温热交出口温度传感器和吸收器入口温度传感器组成，吸收泵变频器与吸收泵连接，连接低温发生器与低温热交换器的管路上靠近低温发生器的位置处设置有低温发生器温度传感器，且靠近低温热交换器位置处设置有低温热交入口温度传感器；连接低温热交换器与吸收器的管路上靠近低温热交换器位置处设置有低温热交出口温度传感器，且靠近吸收器的位置处设置有吸收器入口温度传感器。
2.根据权利要求1所述的溴化锂吸收式机组应用的循环泵全变频控制系统，其特征在于：所述蒸发器液位电由4根电极组成，分别用来检测高、中、低、E四个液位点。
3.根据权利要求1所述的溴化锂吸收式机组应用的循环泵全变频控制系统，其特征在于：所述高温发生器液位电极由两根电级组成，分别为控制电级和接地电级。
4.根据权利要求1-3任一所述的溴化锂吸收式机组应用的循环泵全变频控制系统，其特征在于：所述主控制器包括可编程控制器PLC、信号采集器和控制单元；
信号采集器采集蒸发器液位电极及冷水出口温度传感器的输出信号，并提供给可编程控制器PLC，可编程控制器PLC中的冷媒泵运算模块根据蒸发器液位信号自动计算和修正冷媒泵变频器的频率值，同时结合冷水出口温度，得出冷媒泵变频和启停控制信号，相应的控制单元将可编程控制器PLC的输出传送至冷媒泵变频器中，对冷媒泵进行变频和启停控制；
信号采集器采集高温发生器温度传感器、冷却水入口温度传感器及高温发生器液位电极的输出信号，并提供给可编程控制器PLC，可编程控制器PLC中的发生泵运算模块根据高温发生器及冷却水入口的温度值自动计算发生泵变频器的频率值，同时结合高温发生器液位电极的液位高度信号对发生泵变频器频的率值进行实时修正，相应的控制单元将可编程控制器PLC的输出传送至发生泵变频器中，对发生泵进行变频控制；
信号采集器采集低温发生器温度传感器、低温热交入口温度传感器、低温热交出口温度传感器和吸收器入口温度传感器的输出信号，并提供给可编程控制器PLC，可编程控制器PLC中的吸收泵运算模块根据低温发生器、低温热交进、出口及吸收器入口温度自动计算并实时修正吸收泵变频器的频率，控制单元将可编程控制器PLC的输出传送至吸收泵变频器中，对吸收泵进行变频控制。
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