溴化鋰吸收式機組應用的循環泵全變頻控制系統的製作方法

2023-06-06 08:56:31 1

本發明涉及溴化鋰吸收式製冷技術領域，特別涉及具有冷媒泵、發生泵和吸收泵都變頻控制冷媒和溶液循環量的溴化鋰吸收式機組。

背景技術：

溴化鋰吸收式機組將冷水在蒸發器內被來自冷凝器減壓節流後的低溫冷劑水冷卻，冷媒水自身吸收冷水熱量後蒸發，成為冷劑蒸汽，進入吸收器，被濃溶液吸收，濃溶液變稀溶液。在冷卻水溫度低時，在冷媒水滴淋流量不變時，有可能造成冷劑蒸汽吸收量過大，蒸發器冷媒水空，冷媒泵氣蝕或損壞等故障。稀溶液在發生器加熱，然後產生冷劑蒸汽，發生濃縮作用。在發生器熱負荷一定時，稀溶液循環量過大，則損失部分增加，導致冷劑蒸汽發生量減少，製冷能力下降，同時單位耗汽量增加，熱力係數降低。反之，稀溶液量過小時，雖然預熱損失部分減少，但放汽範圍增大的同時濃溶液溫度升高所需的加熱量損失增多，亦導致冷劑蒸汽發生量減少，製冷量下降。所以，在一定的外界加熱條件下，稀溶液循環量有一最佳值。低溫發生器濃溶液出口濃度的增加，將會產生濃溶液結晶的危險。一旦發生結晶，吸收器吸收效果將惡化，蒸發器不能發揮其製冷效果，使制冷機處在局部負荷下運行，這是很不利的。

冷媒泵作用是將冷媒水從蒸發器輸送到蒸發器滴淋盤上，控制冷劑蒸汽的蒸發量。發生泵作用是將稀溶液從吸收器輸送到高溫發生器，控制稀溶液循環量。吸收泵是將濃溶液從低溫發生器輸送到吸收器內的滴淋盤，控制濃溶液循環量。因此，無論從提高機組運行的經濟性，還是獲得最佳的製冷效果，都必須對溶液循環量進行合理調節。

目前，市場上的溴化鋰吸收式機組冷媒水和濃溶液循環量控制方式為冷媒泵和吸收泵定頻，靠手動擋板閥調節流量。稀溶液循環量控制方式為兩種：一種是發生泵定頻，靠手動擋板閥調節流量。定頻方式優點：成本低、初投資小；缺點：稀溶液循環量不穩定。另一種是發生泵變頻，頻率僅與再生器溫度有關，無修正。優點：控制方式相對簡單；缺點：溶液循環量因無修正容易造成吸收液泵頻繁啟停，循環量相對不穩定。如何使溴化鋰機組的冷媒水和溶液循環量控制既能精準穩定，又具有明顯提升溴化鋰吸收式機組的經濟運行效果，成為當前亟需解決的問題。

本發明的內容

本發明的目的是克服上述不足缺點，提供一種溴化鋰吸收式機組應用的循環泵全變頻控制系統，可以使溴化鋰機組的冷媒水和溶液循環量控制既能精準穩定，又具有明顯提升溴化鋰吸收式機組穩定、安全和節能的運行效果。

為了達到上述目的，本發明採用的技術方案為：提出了溴化鋰吸收式機組應用的循環泵全變頻控制系統，涉及溴化鋰吸收式機組中的冷媒泵、發生泵及吸收泵，包括冷媒泵變頻單元、發生泵變頻單元、吸收泵變頻單元和主控制器，主控制器與冷媒泵變頻單元、發生泵變頻單元及吸收泵變頻單元電路連接，並分別對冷媒泵、發生泵及吸收泵的工作頻率及啟停進行單獨控制；

所述冷媒泵變頻單元由冷媒泵變頻器、冷水出口溫度傳感器和蒸發器液位電極組成，冷媒泵變頻器與冷媒泵連接，冷水出口溫度傳感器設置於機組的冷水出口管路上，蒸發器液位電極用於檢測蒸發器內冷媒水的液位值；

所述發生泵變頻單元由發生泵變頻器、高溫發生器溫度傳感器、冷卻水入口溫度傳感器和高溫發生器液位電極組成，發生泵變頻器與發生泵連接，高溫發生器溫度傳感器用於檢測高溫發生器內的溴化鋰溶液溫度值，冷卻水入口溫度傳感器用於檢測進入冷凝器的冷卻水溫度值，高溫發生器液位電極用於檢測高溫發生器內溴化鋰溶液的液位值；

所述吸收泵變頻單元由吸收泵變頻器、低溫發生器溫度傳感器、低溫熱交入口溫度傳感器、低溫熱交出口溫度傳感器和吸收器入口溫度傳感器組成，吸收泵變頻器與吸收泵連接，連接低溫發生器與低溫熱交換器的管路上靠近低溫發生器的位置處設置有低溫發生器溫度傳感器，且靠近低溫熱交換器位置處設置有低溫熱交入口溫度傳感器；連接低溫熱交換器與吸收器的管路上靠近低溫熱交換器位置處設置有低溫熱交出口溫度傳感器，且靠近吸收器的位置處設置有吸收器入口溫度傳感器。

所述蒸發器液位電由4根電極組成，分別用來檢測高、中、低、e四個液位點。

所述高溫發生器液位電極由兩根電級組成，分別為控制電級和接地電級。

所述主控制器包括可編程控制器plc、信號採集器和控制單元；

信號採集器採集蒸發器液位電極及冷水出口溫度傳感器的輸出信號，並提供給可編程控制器plc，可編程控制器plc中的冷媒泵運算模塊根據蒸發器液位信號自動計算和修正冷媒泵變頻器的頻率值，同時結合冷水出口溫度，得出冷媒泵變頻和啟停控制信號，相應的控制單元將可編程控制器plc的輸出傳送至冷媒泵變頻器中，對冷媒泵進行變頻和啟停控制；

信號採集器採集高溫發生器溫度傳感器、冷卻水入口溫度傳感器及高溫發生器液位電極的輸出信號，並提供給可編程控制器plc，可編程控制器plc中的發生泵運算模塊根據高溫發生器及冷卻水入口的溫度值自動計算發生泵變頻器的頻率值，同時結合高溫發生器液位電極的液位高度信號對發生泵變頻器頻的率值進行實時修正，相應的控制單元將可編程控制器plc的輸出傳送至發生泵變頻器中，對發生泵進行變頻控制；

信號採集器採集低溫發生器溫度傳感器、低溫熱交入口溫度傳感器、低溫熱交出口溫度傳感器和吸收器入口溫度傳感器的輸出信號，並提供給可編程控制器plc，可編程控制器plc中的吸收泵運算模塊根據低溫發生器、低溫熱交進、出口及吸收器入口溫度自動計算並實時修正吸收泵變頻器的頻率，控制單元將可編程控制器plc的輸出傳送至吸收泵變頻器中，對吸收泵進行變頻控制。

本發明採用智能可編程控制器plc主控單元分別對冷媒泵變頻單元、發生泵變頻單元和吸收泵變頻單元進行自校驗分析處理方式，替代了現有的人工檢查、判斷方式，能夠提供一個實時、準確的計算分析結果，且不改變原溴化鋰吸收式機組的其它控制系統。本發明的控制系統在一次計算分析結果的基礎上進行二次分析修正，既可對滿足機組冷媒水和溶液精準控制，又可對機組外部工況變化及時對應，滿足機組各種工況條件的經濟性運轉。在工作中若其中某個循環泵的循環量精準控制出現特殊情況，可以快速變更設定參數值，無需進行任何硬體改動對應，該帶循環泵全變頻控制系統能夠滿足不同用戶對溴化鋰吸收式機組冷媒水和溶液循環量精準控制的需求。

附圖說明

圖1為本發明溴化鋰吸收式機組應用的循環泵全變頻控制系統結構示意圖。

圖2為本發明溴化鋰吸收式機組應用的循環泵全變頻控制系統蒸發器液位電極圖。

圖3為本發明溴化鋰吸收式機組應用的循環泵全變頻控制系統冷媒泵起停與冷水出口溫度的關係圖。

圖4為本發明溴化鋰吸收式機組應用的循環泵全變頻控制系統冷媒泵起停邏輯流程圖。

圖5為本發明溴化鋰吸收式機組應用的循環泵全變頻控制系統發生器液位電極圖。

圖6為本發明溴化鋰吸收式機組應用的循環泵全變頻控制系統的發生泵頻率計算流程圖。

圖7為本發明溴化鋰吸收式機組應用的循環泵全變頻控制系統的吸收泵頻率計算及修正流程圖。

圖中：1-冷媒泵，2-冷媒泵變頻器，3-冷水出口溫度傳感器，4-蒸發器液位電極，5-發生泵，6-發生泵變頻器，7-高溫發生器溫度傳感器，8-冷卻水入口溫度傳感器，9-發生器液位電極，10-吸收泵，11-吸收泵變頻器，12-低溫發生器溫度傳感器，13-低溫熱交入口溫度傳感器，14-低溫熱交出口溫度傳感器，15-吸收器入口溫度傳感器，16-蒸發器，17-吸收器，18-冷凝器，19-低溫發生器，20-高溫發生器，21-高溫熱交換器，22-熱回收器，23-蒸汽疏水器，24-低溫熱交換器。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。

如圖1所示，溴化鋰吸收式機組主要包括蒸發器16、吸收器17、高溫發生器20、低溫發生器19、冷凝器18、冷媒泵1、冷媒泵變頻單元、發生泵5、發生泵變頻單元、吸收泵17及吸收泵變頻單元。主控制器與冷媒泵變頻單元、發生泵變頻單元及吸收泵變頻單元電路連接，並分別對冷媒泵、發生泵及吸收泵的工作頻率及啟停進行單獨控制。其中，主控制器包括可編程控制器plc、信號採集器和控制單元；信號採集器將各個循環泵的溫度、液位信號提供給可編程控制器plc，plc根據內部編寫的對應各個循環泵的頻率自動修正及泵起停程序進行自動運算，並輸出至對應的變頻器，分別對各循環泵單元進行控制，從而達到調節冷媒水和溶液循環量的目的。

本發明冷媒泵變頻單元由冷媒泵變頻器2、冷水出口溫度傳感器3和蒸發器液位電極4組成，冷媒泵變頻器2與冷媒泵1連接，冷水出口溫度傳感器3設置於機組的冷水出口管路上，蒸發器液位電極4用於檢測蒸發器16內冷媒水的液位值。

主控器對冷媒泵變頻單元的控制過程如下：可設定變頻參數有：最低頻率（默認24hz）、最高頻率（默認60hz）、中間頻率（可變）和頻率變化量（默認2hz）。如圖2所示，蒸發器內的冷媒水液位按變化曲線a趨勢變化時，當液位上升未連續觸「低」電極10秒，即液位在b區以下時，冷媒泵停止；當液位上升連續接觸到「低」電極10秒，即液位在b區與c區之間時，冷媒泵仍停止；當液位上升連續接觸到「中」電極10秒，即液位在c區與d區之間時，冷媒泵啟動運行，其頻率從設定的最低頻率以每5秒增加頻率變化量2hz，一直到中間頻率；當液位上升連續接觸到「高」電極10秒，在d區以上時，冷媒泵從中間頻率每5秒升2hz，一直升到滿頻。此時，中間頻率發生變化，在原值基礎上增加2hz。蒸發器內的冷媒水液位按變化曲線b趨勢變化時，當液位下降連續未接觸「高」電極10秒，即液位在c區與d區之間時，冷媒泵頻率每5秒降2hz，一直降到中間頻率為止；當液位下降連續未接觸「中」電極10秒，即液位在c區與b區之間時，冷媒泵頻率每5秒降2hz，一直降到最低頻率為止。此時，中間頻率發生變化，在原值基礎上減2hz。當液位下降連續未接觸「低」電極10秒可，在b區以下時，冷媒泵停止。另外冷媒泵起停還受冷水出口溫度強制控制。如圖3所示，條件a為設定溫度-2℃；條件b為設定溫度-1.5℃。冷水出口溫度≥條件b，冷媒泵允許運轉；冷水出口溫度≤條件a，冷媒泵運轉強制停止。綜合液位控制與溫度控制，則冷媒泵最終起停控制邏輯如圖4流程圖所示。

本發明發生泵變頻單元計算出的發生泵頻率與高溫發生器溫度、冷卻水入口溫度及變頻控制參數（表1）有關。主控器的具體計算過程如圖6所示：機組運轉時，當高溫發生器溫度小於a1，冷卻水入口溫度大於19℃小於32℃時，則將冷卻水入口溫度代入圖6的公式1中計算出頻率值hz1，再與a4×12計算值進行比較，如大於a4×12，則公式2重新計算出頻率值，再與a6×12的計算值進行比較，依次循環計算出最合適的頻率值。如果高在溫度大於a1值時，頻率值hz1為滿頻60hz。當冷卻水入口溫度大於32℃時或小於19℃時，分別按ａ3=32或ａ3=19代入注1公式進行頻率計算，計算頻率不能超出最高或低於最低頻率。註：機組剛開機運行30分鐘內和稀釋運轉兩種工作狀態時，ａ3=19。

表1發生泵變頻控制參數設定表

如圖5所示為高溫發生器液位電極圖。根據液位電極的控制電極e1及接地電極e2修正發生泵變頻器頻率值。液位控制電極e1導通on時，修正頻率值，每5秒鐘修正一次。修正方案如下：計算過程值：m1=(m1old×(n-1)+e1)/n（m1的初值為0.3）公式中：n：預測時間、e1：液面高電極（on=1〔液面高〕、off=0〔正常〕）、m1o1d：上回m1值。當m1＜0.3，則m1=0.3；當m1＞0.75，則m1=0.75。

頻率修正值：當m1≦0.4時：輸出頻率out1=計算頻率hz1；當0.4＜m1≦0.6時：out1=hz1-(hz1-a6×12)×(m1-0.4)/0.2；當0.6＜m1≦0.7時：out1=a6×12；當0.7＜m1時：發生泵停止。

本發明吸收泵變頻單元根據檢測各溫度點溫度和設定參數計算出發生泵頻率值及最合適的濃溶液循環量。主控制器的具體計算過程如圖7所示，每30秒計算一次。其中流程圖中各參數意義如下表2：

表2流程圖參數標記和意義

如流程圖7所示，第一次循環時頻率輸出值hz2out等於最低頻率a22，之後再每30秒執行如下操作。當機組稀釋運轉時，輸出頻率hz2out=60；機組非稀釋運轉按如下執行，當高溫發生器溫度tg＞a21時，輸出頻率hz2out=60；當tg＜a21並且te5a-te7a＞a24時，計算出hz2a=hz2outa+a23×|te5a-te7a|，當hz2a＞hz2outa+5時，hz2a=hz2outa+5，否則hz2a=hz2outa。而當te5a-te7a≤a24，並且te4a-te6a＞a25時，hz2a=hz2outa-a23×|te4a-te6a|，當hz2a＜hz2outa-5時，hz2a=hz2outa-5，否則hz2a=hz2outa。以上計算結果，如hz2＞60時，輸出hz2out=60；如hz2＜a22時，hz2out=a22。另外當低溫熱交換器入口溫度（te6a）、吸收器入口溫度（te5a）、低溫熱交換器出口溫度（te7a）任意一個溫度傳感器異常時，吸收泵按60hz運行。

註：｜te5a-te7a｜、｜te4a-te6a｜是絕對值。

本發明涉及溴化鋰吸收式機組應用的循環泵全變頻控制系統的特點是：各循環泵頻率計算公式中參數是可更改的，根據機組實際運行工況條件進行優化設定和自校驗設定，並且各循環泵的頻率計算結果具有自動修正及泵起停控制功能。本發明可以時時應對溴化鋰吸收式機組多變的用戶工況，能夠穩定、安全和節能運行，具有良好的適應性。

以上內容是結合優選技術方案對本發明所做的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施僅限於這些說明。對本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明的構思的前提下，還可以做出簡單的推演及替換，都應當視為本發明的保護範圍。