ITRM20080044A1 - PROCEDURE FOR THE ADJUSTMENT OF A CO2 REFRIGERATION SYSTEM WITH TWO COMPRESSION LEVELS - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
A corredo di una domanda di brevetto industriale dal titolo: In support of an industrial patent application entitled:
Procedura per la regolazione di un impianto di refrigerazione a C02con due livelli di compressione. Procedure for the regulation of a C02 refrigeration system with two levels of compression.
La presente invenzione riguarda una procedura per la regolazione di un impianto di raffreddamento a C02a due livelli con compressori a vite allagati con olio disposti uno dopo l'altro direttamente in direzione di flusso per la compressione a due livelli. I compressori a vite dei due livelli di pressione sono dotati in modo vantaggioso per ogni apertura di pressione intermedia della cosiddetta connessione economiser che in modo conforme alla corrente confina con i vani interdentali dei rotori nella custodia in modo che non si forma un collegamento di corrente sul lato di aspirazione né sul lato di pressione per tutto il tempo che la connessione economiser resta in collegamento con i vani interdentali. Il compressore del livello di pressione superiore è eseguito in modo vantaggioso come descritto nella pubblicazione tedesca con n. OS 10334947.2. The present invention relates to a procedure for regulating a two-level C02 cooling system with oil-flooded screw compressors arranged one after the other directly in the direction of flow for two-level compression. The screw compressors of the two pressure levels are advantageously equipped for each intermediate pressure opening with the so-called economiser connection which adjoins the interdental spaces of the rotors in the housing in a current-conforming manner so that no current connection is formed on the on the suction side nor on the pressure side as long as the economiser connection remains in connection with the interdental spaces. The compressor of the upper pressure level is advantageously executed as described in the German publication with no. OS 10334947.2.
La disposizione di una connessione di pressione intermedia nella line di collegamento tra i compressori dei due livelli di pressione e l'esistenza di collegamenti economiser ai compressori consente una espansione a quattro livelli del refrigerante tra il refrigerante a gas e l'evaporatore, come descritto nel brevetto AZ: 102005 018 602.5. The arrangement of an intermediate pressure connection in the connection line between the compressors of the two pressure levels and the existence of economiser connections to the compressors allows a four-level expansion of the refrigerant between the gas refrigerant and the evaporator, as described in patent AZ: 102005 018 602.5.
Secondo l'arte nota i due compressori a vite sono strutturati per scopo di regolazione delle prestazioni con mezzi per modificare la portata ad esempio con ogni volta cursori di regolazione che sono disposti parzialmente nelle custodie che comprendono i rotori e che necessitano di altri componenti idraulici ed elementi di comando per l'attivazione oppure vengono regolati mediante modifica del numero di giri del motore. According to the prior art, the two screw compressors are structured for the purpose of regulating the performance with means for modifying the flow rate, for example with each time adjustment sliders which are partially arranged in the housings which comprise the rotors and which require other hydraulic components and control elements for activation or are controlled by changing the engine speed.
Lo svantaggio di questa soluzione sono i costi. Il compito dell'invenzione consiste nel superamento di questi svantaggi e<'>nell'ottenere una regolazione economica ed efficiente. The disadvantage of this solution is the costs. The object of the invention consists in overcoming these disadvantages and in obtaining an economical and efficient regulation.
Il vapore flash del brevetto indicato con AZ: 10 2007 003 983.3 viene inoltrato mediante la connessione di pressione intermedia e alle aperture di connessione economiser ai compressori attraverso un dispositivo a valvola regolabile, mentre il fluido viene espanso attraverso un punto a farfalla "inferiore" nei separatori del fluido ausiliario inferiore separando tra loro il vapore flash e il fluido. The flash vapor of the patent indicated with AZ: 10 2007 003 983.3 is forwarded via the intermediate pressure connection and to the economiser connection openings to the compressors through an adjustable valve device, while the fluid is expanded through a "lower" butterfly point in the lower auxiliary fluid separators separating the flash vapor and the fluid from each other.
Da lì il fluido giunge nel sistema di separazione fluido compressore attraverso il punto a farfalla "più basso", da cui il vapore flash viene alimentato al lato di aspirazione del compressore del livello di pressione inferiore insieme con il vapore del refrigerante che si forma mediante conduzione di calore nei compressori. From there the fluid enters the compressor fluid separation system through the "lowest" throttle point, from which the flash vapor is fed to the suction side of the lower pressure level compressor together with the refrigerant vapor which is formed by conduction. of heat in the compressors.
In una seconda soluzione del brevetto indicato con AZ: 10 2007 003 989.3 la corrente del refrigerante che viene condotta al sistema dei compressori viene espansa su un livello dopo che ha attraversato numerose sezioni di raffreddamento inferiori. Per il raffreddamento della corrente del refrigerante in un sottorefrigerante a fluido ausiliario "superiore", in un sottorefrigerante a fluido "medio" e un sottorefrigerante a fluido ausiliario "inferiore" che sono disposti in un percorso di corrente per;la corrente principale del mezzo di raffreddamento una corrente parziale del fluido del mezzo refrigerante viene derivata attraverso derivazione del fluido prima della rispettiva sezione di sottorefrigerante a fluido e compressa nel rispettivo sottorefrigerante a fluido. Questo vapore del mezzo refrigerante viene condotta alla rispettiva connessione eco del compressore del livello superiore, alla connessione di pressione intermedia tra i compressi del livello di pressione inferiore e superiore e alla connessione economiser del compressore del livello di pressione inferiore. In a second solution of the patent indicated with AZ: 10 2007 003 989.3 the refrigerant stream which is conducted to the compressor system is expanded on one level after it has passed through numerous lower cooling sections. For cooling the refrigerant stream in an "upper" auxiliary fluid subcooler, a "medium" fluid subcooler and a "lower" auxiliary fluid subcooler which are arranged in a current path for the main flow of the medium. cooling a partial fluid stream of the refrigerant medium is withdrawn through fluid bypass before the respective fluid subcooler section and compressed into the respective fluid subcooler. This refrigerant vapor is conducted to the respective echo connection of the upper level compressor, the intermediate pressure connection between the compresses of the lower and upper pressure level and the economiser connection of the lower pressure level compressor.
Il compressore del livello di pressione inferiore dell'impianto di compressore a due livelli possiede in primo luogo mezzi noti, come ad esempio un cursore di regolazione che a seconda della sua posizione relativa rispetto ai rotori accorcia l'alzata di portata effettiva o un dispositivo per la regolazione del numero di giri, per rispettare un parametro di esercizio sul lato utente ad es. la pressione in prossimità di un valore prestabilito, per mantenere costante la temperatura di compressione e in tal modo per regolare la temperatura sul "lato utente". Questo è il compito di una regolazione delle prestazioni del livello di pressione inferiore. The compressor of the lower pressure level of the two-level compressor system has in the first place known means, such as for example an adjustment slider which, depending on its relative position with respect to the rotors, shortens the effective flow lift or a device for speed control, to comply with an operating parameter on the user side, e.g. the pressure near a predetermined value, to keep the compression temperature constant and thus to regulate the temperature on the "user side". This is the task of a performance adjustment of the lower pressure level.
Attraverso la modifica della corrente di portata del livello di pressione inferiore si modifica la pressione dietro al livello di pressione inferiore. By changing the flow rate of the lower pressure level, the pressure behind the lower pressure level changes.
Per questo motivo le prestazioni di raffreddamento delle due esecuzioni secondo l'invenzione viene regolata attraverso la combinazione di molteplici funzioni: For this reason, the cooling performance of the two versions according to the invention is regulated through the combination of multiple functions:
a) attraverso la misura del sottoraffreddamento della corrente principale nei sottorefrigeranti a fluido disposti l'uno dopo l'altro lungo il suo percorso di corrente. a) by measuring the subcooling of the main stream in the fluid subcoolers arranged one after the other along its current path.
In tal modo i sottorefrigeranti a fluido vengono messi uno dopo l'altro fuori esercizio. Valvole di arresto nelle conduzioni a refrigerante vengono chiuso per ridurre o aprire la portata, per aumentare la portata. In this way, the fluid subcoolers are put out of operation one after the other. Stop valves in refrigerant lines are closed to reduce or open the flow, to increase the flow.
b) attraverso modifica del surriscaldamento alle uscite del refrigerante intermedio. Il surriscaldamento alle uscite del refrigerante intermedio viene aumentato o ridotto in funzione del parametro da regolare. b) by modifying the superheat at the intermediate coolant outlets. The superheat at the intermediate coolant outlets is increased or reduced according to the parameter to be adjusted.
Inoltre le valvole alle uscite del refrigerante intermedio vengono aperte o chiuse con modulazione per modificare la misura del sottoraffreddamento. Furthermore, the valves at the intermediate refrigerant outlets are opened or closed with modulation to modify the subcooling measurement.
c) attraverso modifica della pressione intermedia c) by modifying the intermediate pressure
Prima delle connessioni economiser dei due livelli di pressione sono disposte in modo vantaggioso valvole di ritegno per regolare la corrente di volume alla connessione economiser e quindi le prestazioni di raffreddamento dell'impianto di raffreddamento. Nel caso di questo tipo di regolazione secondo l'invenzione le valvole, che si trovano tra l'uscita del refrigerante intermedio e la rispettiva alimentazione di pressione intermedia nelle connessioni economiser o nella connessione di pressione intermedia, vengono aperte o chiuse con modulazione . Prior to the economiser connections of the two pressure levels, check valves are advantageously arranged to regulate the volume flow to the economiser connection and thus the cooling performance of the cooling system. In the case of this type of regulation according to the invention, the valves, which are located between the outlet of the intermediate refrigerant and the respective intermediate pressure supply in the economiser connections or in the intermediate pressure connection, are opened or closed with modulation.
d) attraverso modifica della pressione di invio compressione del livello superiore di pressione. d) by modifying the compression delivery pressure of the upper pressure level.
Questa disposizione per la regolazione delle prestazioni di raffreddamento sfrutta la condizione per cui la prestazione di raffreddamento del livello di pressione superiore in caso di raffreddamento del vapore del mezzo di raffreddamento in un refrigerante a gas si modifica al di sopra del punto critico con la temperatura di uscita C02dal refrigerante a gas con la pressione di compressione del livello superiore. This arrangement for regulating the cooling performance takes advantage of the condition that the cooling performance of the upper pressure level when cooling the vapor of the cooling medium in a gas refrigerant changes above the critical point with the temperature of C02 output from the gas refrigerant with the compression pressure of the upper level.
La prestazione di raffreddamento viene modificata mediante modifica della pressione di compressione del livello superiore in una valvola a farfalla disposta verso la corrente dietro il refrigerante a gas. The cooling performance is changed by changing the compression pressure of the upper level in a throttle valve arranged towards the current behind the gas coolant.
Per ridurre la prestazione di raffreddamento questa pressione viene calata mediante apertura di questa valvola e per aumentare la prestazione di raffreddamento fino all'ottimo viene ulteriormente chiusa tra la prestazione di raffreddamento e la prestazione di trazione e quindi sollevata alla pressione di invio compressione. To reduce the cooling performance this pressure is lowered by opening this valve and to increase the cooling performance to optimum it is further closed between the cooling performance and the traction performance and then raised to the compression send pressure.
L'ottimo viene rilevato mediante un algoritmo di regolazione proprio indipendentemente dalla regolazione di carico parziale. The optimum is detected by means of a regulation algorithm, independent of the partial load regulation.
La regolazione della prestazione di raffreddamento dell'impianto di raffreddamento è possibile in ampi limiti attraverso combinazione dei metodi di regolazione rappresentati a) fino a d) o di ogni singolo metodo di per sé con un compressore nel livello di pressione superiore senza dispostivi di valvola by-pass propri o regolazione del regime. The regulation of the cooling performance of the cooling system is possible within wide limits through a combination of the regulation methods represented a) to d) or each single method by itself with a compressor in the upper pressure level without by-valve devices. own passes or regulation of the regime.
Il compressore del livello di pressione inferiore è equipaggiato per scopi dì modifica della corrente di portata per l'adattamento alla corrente del volume di vapore del compressore con mezzi noti per la regolazione della prestazione, ad esempio con un cursore di regolazione o una trazione con regime variabile, laddove il cursore di regolazione forma una parte di parete perimetrale della custodia che circonda i rotori e per scopi di modifica della quantità di portata del compressore rilascia una apertura di by-pass nella custodia, attraverso cui una parte del volume di portata aspirato viene condotta indietro al lato di aspirazione del compressore. The compressor of the lower pressure level is equipped for the purpose of changing the flow rate for adapting to the current of the vapor volume of the compressor with known means for regulating the performance, for example with an adjustment slider or a drive with speed. variable, where the adjustment slider forms a part of the perimeter wall of the enclosure surrounding the rotors and for purposes of modifying the amount of flow rate of the compressor releases a by-pass opening in the enclosure, through which a part of the volume of aspirated flow is back to the suction side of the compressor.
In tal modo si modifica la corrente di massa alimentata attraverso il compresso che moltiplicata con la differenza di entalpia determina le prestazioni di raffreddamento. In this way the mass current fed through the compress is modified which multiplied with the enthalpy difference determines the cooling performance.
I singoli metodi di raffreddamento dell'impianto di raffreddamento a C02con un aggregato di compressori a vite a due livelli vengono descritti i seguito. I numeri utilizzati si riferiscono in modo esemplificativo alla figura. The individual methods of cooling the CO2 cooling system with a two-stage screw compressor aggregate are described below. The numbers used refer by way of example to the figure.
II compressore a vite 1 del livello di pressione inferiore e il compressore a vite 2 di quello superiore sono disposti in serie nel verso della corrente. Essi posseggono ciascuno una connessione economiser 25, 26. Nella connessione di collegamento 13 tra i compressori a vite 1, 2 è prevista una connessione di pressione intermedia 40. Tra l'uscita sul lato C02del refrigerante a gas 4 e l'ingresso nel sistema compressore con il separatore di fluido 8 è disposto il tubo di collegamento 30 che conduce ,il mezzo refrigerante, che forma il percorso di corrente per la corrente principale del mezzo refrigerante tra l'uscita del refrigerante a gas 4 e il sistema del compressore con il dispositivo a farfalla 41 e presenta superfici parziali dell'agente di trasferimento del calore 31, 32, 33. I tre scambiatori di calore 31, 32, 33 sono disposti in serie in riferimento a questo percorso di corrente, laddove lo scambiatore di calore 31 è strutturato come sottorefrigerante ausiliario "superiore", lo scambiatore di calore 32 come sottorefrigerante "medio" e lo scambiatore di calore 33 come sottorefrigerante "inferiore". Su un lato delle superfici di scambio del calore degli scambiatori di calore 31, 32, 33 sono presenti come già citato componenti del percorso di corrente e derivazioni di fluido dal percorso di corrente attraverso valvole a farfalla 34, 35, 36 sull'altro lato delle rispettive superfici dello scambiatore di calore. Le uscite di questo lato dello scambiatore di calore 31, 32, 33 sono collegate con le connessioni economiser 25, 26 dei compressori a vite 1, 2 e con la connessione di pressione intermedia 40 tra i compressori a vite 1 e 2 del livello superiore e inferiore. The screw compressor 1 of the lower pressure level and the screw compressor 2 of the upper one are arranged in series in the direction of the current. They each have an economiser connection 25, 26. An intermediate pressure connection 40 is provided in the connection connection 13 between the screw compressors 1, 2. Between the outlet on the CO2 side of the gas refrigerant 4 and the inlet to the compressor system with the fluid separator 8 is arranged the connecting pipe 30 which conducts the refrigerant medium, which forms the current path for the main stream of the refrigerant medium between the gas refrigerant outlet 4 and the compressor system with the device butterfly 41 and has partial surfaces of the heat transfer agent 31, 32, 33. The three heat exchangers 31, 32, 33 are arranged in series with reference to this current path, where the heat exchanger 31 is structured as the "upper" auxiliary subcooler, the heat exchanger 32 as the "medium" subcooler and the heat exchanger 33 as the "lower" subcooler. On one side of the heat exchange surfaces of the heat exchangers 31, 32, 33 there are as already mentioned components of the current path and fluid shunts from the current path through butterfly valves 34, 35, 36 on the other side of the respective surfaces of the heat exchanger. The outlets of this side of the heat exchanger 31, 32, 33 are connected with the economiser connections 25, 26 of the screw compressors 1, 2 and with the intermediate pressure connection 40 between the screw compressors 1 and 2 of the upper level and inferior.
Le quattro funzioni descritte a) fino a d) nella loro combinazione o ognuna singola vengono spiegate di seguito in maggiore dettaglio. The four functions described a) to d) in their combination or each individual are explained in more detail below.
a) La misura del sottoraffreddamento della corrente principale nei sottorefrigeranti viene modificata laddove la corrente parziale del mezzo refrigerante a) The measurement of the subcooling of the main current in the subcoolers is changed where the partial current of the refrigerant medium
attraverso il sottorefrigerante del fluido 31, 32, 33 attraverso apertura o chiusura modulante della valvola a farfalla 34, 35, 36 viene ampliata o ridotta. In tal modo si modifica la misura del raffreddamento del fluido prima dell'ingresso nel separatore di fluido e quindi si modifica la prestazione di raffreddamento volumetrica. through the subcooler of the fluid 31, 32, 33 through modulating opening or closing of the butterfly valve 34, 35, 36 is enlarged or reduced. This changes the extent of the cooling of the fluid before it enters the fluid separator and thus changes the volumetric cooling performance.
b) I punti a farfalla 31, 32 e 33 sono ad esempio come valvole a farfalla azionate elettricamente, il cui surriscaldamento all'uscita del mezzo di raffreddamento è variabile. La misura del surriscaldamento da impostare ai sensori di queste valvole alle uscite degli scambiatori di calore 31, 32, 33 in funzione del parametro da regolare, ad esempio della pressione nel separatore di fluido aumenta o diminuisce la prestazione di raffreddamento. b) The throttle points 31, 32 and 33 are, for example, electrically operated throttle valves, the superheating of which at the outlet of the cooling medium is variable. The superheat measurement to be set at the sensors of these valves at the outputs of the heat exchangers 31, 32, 33 as a function of the parameter to be adjusted, for example the pressure in the fluid separator, increases or decreases the cooling performance.
c) Per modificare la pressione intermedia dei punti dì connessione 25, 26, 40 sono disposte valvole df' regolazione della pressione 42, 43, 44 per modificare la corrente di volume alle connessioni economiser 25, 26 e al punto di connessione 40 tra i due compressori 1, 2 e per regolare in tal modo la prestazione di raffreddamento dell'impianto di raffreddamento, laddove le valvole 42, 43, 44 che sono disposte tra le uscite del refrigerante intermedio 31, 32, 33 e della rispettiva alimentazione di pressione intermedia nelle connessioni economiser o nella connessione di pressione intermedia, vengono aperte o chiuse con modulazione. c) To modify the intermediate pressure of the connection points 25, 26, 40, pressure regulating valves 42, 43, 44 are arranged to modify the volume flow at the economiser connections 25, 26 and at the connection point 40 between the two compressors 1, 2 and to thereby regulate the cooling performance of the cooling system, where the valves 42, 43, 44 which are arranged between the outlets of the intermediate refrigerant 31, 32, 33 and of the respective intermediate pressure supply in the economiser connections or in the intermediate pressure connection, are opened or closed with modulation.
d) la modifica della pressione di compressione del livello superiore del compressore a vite 2 influenza la prestazione di raffreddamento mediante la valvola a farfalla 45 disposta dietro al refrigerante a gas 4. La pressione viene calata per la riduzione delle prestazioni di raffreddamento e per aumentare la prestazione di raffreddamento fino all'ottimo tra prestazione di raffreddamento e prestazione di trazione. La pressione massima viene limita verso l'alto attraverso un algoritmo di regolazione come funzione della temperatura di uscita del refrigeratore a gas CO2. La pressione è la pressione ottimale per l'impiego ottimale di energia. d) the change in the compression pressure of the upper stage of the screw compressor 2 affects the cooling performance by the throttle valve 45 located behind the gas coolant 4. The pressure is dropped to reduce the cooling performance and to increase the cooling performance up to the optimum between cooling performance and traction performance. The maximum pressure is limited upwards by a regulation algorithm as a function of the outlet temperature of the CO2 gas cooler. Pressure is the optimal pressure for optimal use of energy.
Elenco dei numeri di riferimento utilizzati List of reference numbers used
1 Compressore a vite 1 Screw compressor
2 Compressore a vite 2 Screw compressor
4 Refrigerante a gas 4 Gas cooler
8 Separatore di fluido 8 Fluid separator
13 Connessione di collegamento 13 Link connection
25 Connessione economiser 25 Economiser connection
26 Connessione economiser 26 Economiser connection
30 Tubo di collegamento 30 Connecting pipe
31 Scambiatore di calore 31 Heat exchanger
32 Scambiatore di calore 32 Heat exchanger
33 Scambiatore di calore 33 Heat exchanger
34 Valvola a farfalla 34 Throttle valve
35 Valvola a farfalla 35 Throttle valve
36 Valvola a farfalla 36 Throttle valve
40 Connessine di pressione intermedia 40 Intermediate pressure connections
41 Dispositivo a farfalla 41 Butterfly device
42 Valvola di regolazione della pressione 43 Valvola di regolazione della pressione 44 Valvola di regolazione della pressione 5 Valvola a farfalla 42 Pressure regulating valve 43 Pressure regulating valve 44 Pressure regulating valve 5 Throttle valve
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