Главная

Система CIC для поршневых компрессоров Битцер

Система CIC для поршневых компрессоров Битцер

 
С учётом того, что в России применение хладагента R22 разрешено до 2020 года компания Битцер продолжает производство и поставки на наш рынок компрессоров, приспособленных для работы на этом проверенном многими десятилетиями фреоне. 
Очень удобный в обращении азеотропный хладагент R22 обладает более высокой удельной холодопроизводительностью и СОР по сравнению с другими общеупотребимыми сегодня хладагентами. Но его термодинамические свойства требуют привнесения в конструкцию компрессоров специальных опций. Высокий показатель адиабаты хладагента R22 и как следствие более высокая температура нагнетания является критическим фактором особенно при высокой степени сжатия, т.е. при низких температурах кипения.
Если для средне- и высокотемпературного применения, а также в системах кондиционирования воздуха с хладагентом R22 работают обычные компрессоры без каких-либо специальных приспособлений, то для низкотемпературного применения поршневые и винтовые компрессоры должны оснащаться различными системами, обеспечивающими контроль и ограничение температуры нагнетания в пределах технически допустимых значений.
Применение R22 в низкотемпературных установках является также критичным в отношении термостойкости масла. Ввиду того, что при работе компрессора масло подвергается вместе с этим хладагентом постоянному нагреву до высокой температуры нагнетания, возникает опасность кислотообразования в нём и омеднения внутренних поверхностей холодильного контура.
Для нормальной работы поршневых, спиральных и различного типа винтовых компрессоров Битцер предусмотрены специальные полусинтетические и синтетические холодильные масла, предназначенные специально для R22.
Кроме того, поршневые компрессоры Битцер имеют ещё и конструктивные особенности, позволяющие эксплуатировать их с различными хладагентами и на различных температурных режимах, в том числе и с R22 в низкотемпературном диапазоне.
Наиболее оптимальным для холодильных установок, работающих на очень низких температурах кипения, является применение в них систем двухступенчатого сжатия с промежуточным охлаждением, обеспечивающих максимальную энергоэффективность и безопасность оборудования. Это реализуется либо за счёт применения в установке двух разделённых ступеней сжатия - сперва в бустер-компрессорах, а затем в основных компрессорах с охлаждением газа в промежуточном коллекторе, либо за счёт применения двухступенчатых компрессоров, в которых обе ступени сжатия с промежуточным охлаждением реализуются в едином корпусе.
Но, в большинстве случаев, особенно в коммерческом холоде, в низкотемпературных холодильных установках с температурой кипения -20oC и ниже  используются одноступенчатые поршневые компрессоры, работающие, как правило, на R22. Для такого применения поршневым компрессорам Битцер требуется проведения определённого дооснащения.
У поршневых компрессоров Битцер малой производительности серий Octagon C1, C2 и C3 (кроме 4СС) для нормальной работы в низкотемпературных установках на R22 перед вводом в эксплуатацию необходимо переустановить дефлектор системы VARICOOL из предустановленного на заводе-изготовителе положения SL(A) в положение  SL(B). Для этого необходимо ослабить затяжку болтов крепления всасывающего вентиля и развернуть выглядывающие из-под его фланца края дефлектора на 180о. В результате этой переустановки поток всасываемого пара при работе компрессора направляется сразу в его цилиндры на сжатие, минуя обмотки электродвигателя, на которых пар мог бы дополнительно перегреваться, что привело бы к значительному росту температуры нагнетания.
Но даже при таком направлении всасываемых паров при работе компрессора на высоких температурах конденсации его корпус требует дополнительного охлаждения. Излишнее тепло отводится либо водой, протекающей в крышках головок цилиндров специального исполнения, либо воздушным потоком от дополнительного вентилятора обдува головок или же от вентиляторов конденсатора, если компрессор интегрирован в компрессорно-конденсаторный агрегат.
При эксплуатации более мощных четырех- и шестицилиндровых поршневых компрессоров Битцер серий С4, В5 и В6, у которых система VARICOOL отсутствует, в низкотемпературном диапазоне на R22 контроль и ограничение температуры нагнетания производится за счёт комбинированного применения вентилятора обдува головок цилиндров, а также специальной системы охлаждения, производящей управляемый электроникой дозированный впрыск жидкого хладагента в полость перед входом в цилиндры компрессора. 
Данная система имеет официальное обозначение   - System , то есть Controlled Injection Cooling.
 
Основное эксплуатационное преимущество системы CIC по сравнению с ТРВ заключается в отсутствии какой-либо необходимости настройки её элементов. Все параметры «зашиты» в память электроники, и какие-либо переустановки её параметров, в том числе и несанкционированные, проводимые случайными лицами, абсолютно невозможны.
 
Рис. 1. Поршневой компрессор Битцер, оснащённый системой CIC и вентилятором дополнительного охлаждения
1 – компрессор, 2 - электронный управляющий модуль, 3 - датчик температуры РТ1000, 4 - форсунка впрыска жидкого хладагента, 5 - импульсный электромагнитный клапан впрыска, 6 – дополнительный трубопровод жидкого хладагента, 7 - дополнительный вентилятор
 Система CIC включает в себя следующие основные элементы: электронный управляющий модуль, датчик температуры и импульсный электромагнитный клапан впрыска. Основное назначение этой системы заключается в проведении непрерывного контроля температуры нагнетаемого газа. В случае если датчик температуры покажет превышение максимально допустимой температуры нагнетания 120оС, электронный управляющий модуль выдаёт команду импульсному клапану, через который осуществляется дозированный впрыск жидкого хладагента через специальные калиброванные форсунки в полость перед входом в цилиндры компрессора.  
Жидкий хладагент, который впрыскивается во всасываемый в цилиндры поток газа, уже значительно перегретого в моторе компрессора, обеспечивает, таким образом, охлаждение стенок цилиндров, а также снижение температуры нагнетания. С понижением температуры нагнетания ниже 110 оС впрыск прекращается и возобновляется затем опять, когда это потребуется.
В случае, когда впрыск жидкого хладагента производит недостаточное охлаждение при каких-то чрезвычайных условиях работы, электронный управляющий модуль системы CIC отключает компрессор в целях обеспечения его безопасности и выдаёт сообщение об аварии.
Но, несмотря на высокую надёжность и эффективность этой системы, область допустимого применения поршневых одноступенчатых компрессоров с системой CIC значительно более узкая по сравнению с двухступенчатыми компрессорами сопоставимой мощности. Следует иметь  в виду то, что при проведении впрыска жидкого хладагента в полость перед входом в цилиндры компрессора возникает ряд нежелательных моментов.
При значительном расходе впрыскиваемого хладагента, обусловленном повышенными потребностями в охлаждении, существует опасность того, что не полностью испарившийся хладагент, попадая в цилиндры, начнёт смывать со стенок масляную плёнку. Это может привести к ускоренному износу как хонингованных поверхностей стенок цилиндров компрессора, так и рабочих поверхностей поршней и поршневых колец.
Более того, при таком режиме эксплуатации компрессора ощутимо снижается расход хладагента по контуру холодильной установки, что отражается на снижении холодопроизводительности испарителя, а также на снижении общего СОР установки.
Чтобы обеспечить как можно более высокие показатели эффективности при обеспечении максимальной надёжности работы компрессора, оснащённого системой  CIC, необходимо обеспечить стабильный режим работы установки с плавным ростом рабочих параметров, особенно температуры нагнетания, причём её превышение выше допустимого значения при котором включается CIC, должно носить эпизодический характер.

 

Рис. 2. Границы области допустимого применения поршневых компрессоров Битцер серий С4, В5 и В6 с системой CIC на R22
Несмотря на то, что теоретическая минимальная температура кипения, при котором может работать поршневой одноступенчатый компрессор с CIC, составляет -45оС …-50оС, а максимальная допустимая температура всасываемых паров составляет 20оС... 25оС, работа одноступенчатого поршневого компрессора в таком режиме чрезвычайно неэффективна и даже рискованна.  
По возможности, следует обеспечивать перегрев паров на входе в компрессор на установившемся режиме его работы не ниже, но и не выше 7…10К, температура кипения не должна быть ниже - 35 оС, а температура конденсации не должна быть выше 35оС. При этих параметрах впрыск жидкого хладагента будет производиться эпизодически, и его отрицательное влияние на холодопроизводительность и холодильный коэффициент СОР, а также опасность преждевременного износа будут сведены к минимуму.
Если в состав холодильной установки входит поршневой компрессор Битцер, оснащённый системой CIC, структура её холодильного контура остаётся такой же, что и у холодильной установки с обычным компрессором. Единственное отличие установки с компрессором с CIC заключается в наличии дополнительного трубопровода жидкого хладагента, соединяющего жидкостную линию с импульсным электромагнитным клапаном впрыска. Оптимальный диаметр этого трубопровода – 10мм (3/8”).  
Для того чтобы гарантированно обеспечить отсутствие пены и отдельных паровых пузырей в потоке жидкого хладагента, подаваемого в клапан впрыска, врезка этого дополнительного трубопровода должна производиться снизу на горизонтальном участке основного жидкостного трубопровода.
Для предохранения импульсного электромагнитного клапана впрыска и форсунок от засорения на трубопроводе подачи в него жидкого хладагента должен быть установлен фильтр тонкой очистки. Для возможности визуального контроля сплошности потока жидкого хладагента в этот трубопровод встраивается смотровой глазок. 

 

Рис. 3. Принципиальная схема холодильного контура с одноступенчатым поршневым компрессором, оснащённым системой CIC:
1- компрессор; 2- электронный управляющий модуль; 3- датчик температуры нагнетания; 4- форсунка впрыска жидкого хладагента; 5- импульсный электромагнитный клапан впрыска; 6- дополнительный вентилятор обдува головок цилиндров; 7- смотровой глазок; 8- фильтр тонкой очистки; 9- конденсатор; 10- жидкостный ресивер; 11- терморегулирующий вентиль ТРВ; 12- испаритель
При проектировании, а также при монтаже и настройках рабочих параметров низкотемпературных холодильных установок с поршневыми компрессорами Битцер, оснащёнными системой CIC, работающими с хладагентом R22 необходимо соблюдать следующие требования:
  • линия всасывания должна быть надёжно теплоизолирована, а её длина должна быть минимальной;
  • регенеративный теплообмен между всасываемыми парами и каким-либо более нагретым агентом, например сконденсированным хладагентом, должен быть исключён;
  • потери давления в трубопроводах и элементах холодильного контура должны быть минимальными;
  • должна поддерживаться минимальная разность температур кипения и конденсации;
  • регулирование давления и температуры конденсации должно осуществляться плавно, при этом, должна поддерживаться самая низкая из допустимых температура конденсации;
  • категорически не допускается одновременное включение клапана регулятора производительности компрессора CRи импульсного электромагнитного клапана впрыска системы CIC!
 
Как правило, поршневые компрессоры Битцер оснащаются всеми элементами системы CIC на заводе-изготовителе. Но, возможно также заказать отдельно комплект системы CIC и дооснастить им какой-то имеющийся на складе поршневой компрессор. 
В официальной технической информации Битцер  KT-130-1 CIC System (single stage reciprocating compressors) даны детальные указания по монтажу всех элементов системы CIC на одноступенчатые поршневые компрессоры Битцер, а также приведены принципиальные схемы электрических подключений.
 
Рис. 4. Поршневые двухступенчатые компрессоры Битцер, оснащённые системой CIC
Не менее эффективным является применение системы CIC и на двухступенчатых поршневых компрессорах Битцер, работающих в низкотемпературных установках как на традиционном хладагенте R22, так и на относительно новом для российского рынка, перспективном HFC (ГФУ) хлор-несодержащем хладагенте R410A. Но, с учётом пока ограниченного опыта применения R410A в низкотемпературных установках с to до – 80oC с типовыми двухступенчатыми компрессорами Битцер, их расчёт и подбор, а также рекомендации по подбору других агрегатов установки производится специалистами Bitzer SE по запросу.
 В двухступенчатых компрессорах применение системы CIC является альтернативой использованию механических ТРВ впрыска и ТРВ переохладителя. Комплект системы CIC, специализированной для двухступенчатых компрессоров, дополнен ещё одним датчиком температуры РТ1000, который устанавливается в гнездо на задней торцевой крышке компрессора. Он предназначен для измерения температуры газа в т. н.  промежуточном объёме. В двухступенчатых компрессорах этот объём образован промежуточным патрубком, моторным отсеком и картером компрессора. При работе компрессора в этот объём поступает газ, сжатый в цилиндрах первой ступени до промежуточного давления. Его температура ограничивается либо за счёт впрыска в промежуточный объём жидкого хладагента, либо за счёт смешивания его с холодными парами, поступающими в промежуточный объём из переохладителя.  Логика электронного управляющего модуля настроена таким образом, что по показаниям дополнительного датчика температуры контролируется и перегрев паров в переохладителе.
Таким образом, электронный управляющий модуль во время работы двухступенчатого компрессора получает показания сразу двух датчиков температуры нагнетания, как в первой, так и во второй ступени сжатия. По мере превышения допустимого значения температуры, полученного от любого из них, электронный управляющий модуль выдаёт команду на включение импульсного электромагнитного клапана, через который осуществляется  впрыск жидкого хладагента либо непосредственно в промежуточный патрубок компрессора, либо в переохладитель, если компрессорный агрегат оснащён таким теплообменником.
Если же переохладителя в системе нет, и компрессор работает не на очень низких температурах кипения (не ниже - 30oC) с невысоким перегревом всасываемых паров, то установка второго датчика температуры в промежуточный объём не обязательна. Многие ведущие европейские ОЕМ-компании не ставят его на двухступенчатые компрессоры Битцер в своих установках, если в них нет переохладителей. 
 
Рис. 5. Поршневой двухступенчатый компрессор Битцер без переохладителя, оснащённый системой CIC
Рис. 6. Поршневой двухступенчатый компрессор Битцер с переохладителем, оснащённый системой CIC

 

 
На рис. 5 и 6 показаны следующие основные элементы:
DL- трубопровод нагнетания, SL- трубопровод всасывания, ML- промежуточный патрубок, FL- трубопровод жидкого хладагента;
1- штуцер высокого давления,
3- штуцер низкого давления,
4- место впрыска жидкого хладагента в переохладитель,
4b- место установки датчика температуры нагнетания во второй ступени,
4c- место установки датчика температуры газа в промежуточном объёме - для компрессоров с переохладителями (опция - для компрессоров без переохладителей),
14- штуцер промежуточного давления,
17- переохладитель,
19- штуцер линии возврата масла из маслоотделителя,
22- импульсный электромагнитный клапан впрыска,
23- фильтр на линии подачи хладагента в импульсный клапан
26- смотровой глазок 
 
В официальной технической информации Битцер KT-131-1 CIC System (2-stage reciprocating compressors) даны детальные указания по монтажу всех элементов системы CIC на двухступенчатые поршневые компрессоры Битцер, а также приведены принципиальные схемы электрических подключений.
 
 
 
Корнивец Дмитрий
Представитель Битцер СНГ в Санкт-Петербурге