Turbocor Quantum

• Home
• Produkty a služby
• Činnosť a dodávky
• Dodávatelia
• Fotogaléria
• Referencie
• Kontakt

Našou aktuálnou novinkou je chladiaca jednotka QUANTUM od nemeckej spoločnosti AXIMA Refrigeration GmbH patriacu do zoskupenia SUEZ. Jednotka je osadená kompresorom navrhnutým a vyrobeným podľa najnovších poznatkov technológie, doteraz používanej v špeciálne zameraných aplikáciách vyššej kategórie v letectve, kozmickej technike a veľkých priemyselných projektoch. Jeho prevádzka je vysoko energeticky úsporná, neporovnateľná s doteraz používanými kompresormi.

Kompresor vyvinula a jeho výrobu zahájila firma :
Turbocor, Headquarters / Manufacturing: 1850 Trans-Canada Hwy.
Dorval, Québec, H9P2N4 Canada.

V nasledujúcej casti Vám ponúkame základné informácie o bezolejovom turbokompresore s magnetickými bezdotykovými ložiskami. Informacný materiál sme získali prekladom a výberom z dokumentácie kanadskej firmy Turbocor a nemeckej firmy Axima Refrigeration GmbH.

Kompresor Turbocor TT300 vyhral cenu za novú technológiu v úspore energií, udelenú na AHR Expo 2003 v Chicagu. V nasledujúcej casti je prehlad o konštrukcii a funkcii kompresora.

Kompresor Turbocor TT300 bol navrhnutý ako úplne nový systém a nebol ohranicený tradicnými spôsobmi výrobných infraštruktúr, technológií alebo teórií. Všetky komponenty kompresora a vrcholné klúcové technológie boli navrhnuté vysokovýkonným vývojovým tímom podniku bez nedostatkov doterajších vývojových metód. Konecný produkt je kompaktný, výkonný, bezolejový, vysokorýchlostný odstredivý kompresor s neobmedzeným riadením kapacity, urcený pre prácu s chladivom R-134a.

Prvá generácia kompresorov je navrhnutá pre vonkajšie strešné systémy a vzduchom, vodou a odparovaním ochladzovanými chladicmi s rozsahom kapacity od 60 do 400 ton. Kompresor bol navrhnutý ako plne integrovaný mechanicky a elektricky, co je netypické pre doterajšie produkty na trhu. Je navrhnutý pre vysoko nárocné ale existujúce výrobné technológie. Stroj má tichý a hladký chod, preto nie je potrebné sa zaoberat jeho hlucnostou. Pracuje s hlucnostou menšou ako 70 dBa do 3 metrov pri plnom výkone a pri menšom zatažení hluk nepresahuje 50 dBa. Kompresor nevytvára prakticky žiadne chvenie, vdaka elektronickému dynamickému vyvažovaniu.

Magnetický ložiskový systém

Vývojový tím Turbocoru vyvinul svoje vlastné magnetické ložisko pre kompresor TT300. Systém bol miniaturizovaný, je skrytý vo vnútri kompresora, cím stúpla spolahlivost a znížili sa náklady.

Mechanické prevedenie magnetických ložísk

Systém magnetických ložísk bol doteraz použitý v špeciálne zameraných aplikáciách vyššej kategórie v letectve, kozmickej technike a veľkých priemyselných projektoch, kde sa nebrala do úvahy vysoká cena výroby. Táto technológia uloženia má veľmi dlhú životnosť, je veľmi spoľahlivá a vhodná pre použitie v aplikáciách kde je potrebná veľká energetická účinnosť, alebo kde je nežiaduce bežné mazanie. V magnetických ložiskách nie je mechanické trenie, točiaci sa cap rotora je vznášaný silou magnetického pola. Nehybná pozícia jeho osi a dynamické chvenie sú riadené elektronicky. Typické pre tento systém je extrémne drahý vývoj a výroba, preto nebol doteraz používaný v produktoch veľkovýroby.

Rozvojový tím Turbocoru vyvinul svoj vlastný spôsob magnetického uloženia pre kompresor TT300, ako samostatnú časť celkového projektu výrobku. Pre doterajšie systémy magnetických ložísk bolo typické, že elektronický riadiaci systém ložiska bol umiestnený samostatne a bol veľký a drahý. V našom výrobku bol systém miniaturizovaný a umiestnený vo vnútri kompresora. Zvýšila sa tým spoľahlivosť a podstatne sa znížili náklady na výrobu. Systém uloženia v magnetickom ložisku pozostáva z piatich aktívne riadených osí a permanentných magnetov. Permanentné magnety majú primárnu funkciu držania capu v strede ložiska a digitálne riadené elektromagnety sa využívajú na sekundárne vyvažovanie hádzania rotora. Pozícia rotora je snímaná šesť miliónkrát za minútu. Každé radiálne ložisko pracuje so štyrmi samostatnými budiacimi cievkami, ktoré sú číslicovo riadené moduláciou šírky impulzu (PWM). Císlicové riadenie reaguje na signály vysielané z čidiel, ktoré sú citlivé na zmenu polohy osi rotora o menej ako 0.00005 inch. Ak sa rotor odchýli zo stredu otvoru ložiska, premenlivé elektromagnetické polia ho vrátia spät do osi otvoru. Vychýlenie osi rotora spôsobené jeho hádzaním nepresiahne 0.0005 inch od stredu ložiska.

Axiálna pozícia je riadená podobne. Pozícia rotoru je snímaná na strane obežných kolies kompresora. Magnetický aktivátor pôsobí vhodnými silami na udržanie rovnakej axiálnej polohy. Softvér bol navrhnutý tak, aby automaticky vyrovnal balansy, ktoré vzniknú na rotore.

V prípade výpadku siete sú v prvom momente ložiská napájané zo základnej dosky kondenzátormi, ktoré sú určené na vyhladzovanie pulzov napätia na jednosmernom napájaní motorového pohonu. Za milióntinu sekundy po strate napätia na kompresore sa motor prepne do módu generátora a dodáva prúd do ložísk a do riadiacich okruhov kompresora. Na ochranu kompresora v prípade havarijnej poruchy, ako zlyhanie dosky s elektronikou alebo chyba aktivátoru sú určené pristávacie ložiská s uhlíkovou výstelkou.

Magnetické ložiská k svojej prevádzke spotrebujú 180 Watt energie oproti 10 000 Watt, ktoré potrebujú bežné ložiská s mazacím systémom. Táto stratová energia sa odvádza chladením kompresora a u bežných kompresorov zvyšuje nárok na chladiaci výkon. Rotor elektromotoru a obežné kolá kompresora sú umiestnené na spoločnom hriadeli. Systém ložísk pozostáva z dvoch radiálnych a jedného axiálneho ložiska.

Prevádzka s úplným odstránením mazania

Kompresor Turbocor je prvý vo svete ako úplne bezolejový stroj špecificky navrhnutý pre vykurovanie, vetranie, klimatizáciu a chladiaci priemysel (HVACR). Magnetické ložiská doteraz použité v priemysle pre konvergenciu atmosféry a v aplikáciách pre vonkajší kozmický priestor, premenlivá rýchlosť odstredivého kmpresného systému a digitálna elektronická technológia pomáha rodine kompresorov Turbocor dosahovať najvyššiu účinnosť kompresora, pri priaznivej cene pre stredný trh. Technológia je určená pre aplikácie HVACR chladené vodou, odparovaním a vzduchom s nominálnym výkonom 60 až 150 ton.

Prevádzka kompresora je úplne zbavená potreby používať olej, neprichádza k znečisťovaniu chladiva olejom, odpadnú náklady na konštrukčné a riadiace prvky mazania stroja a čistenia chladiva od kontaminácie olejom. Použité magnetické bezdotykové ložiská, v ktorých je rotor v priestore otvoru ložiska vznášaný silou magnetického pola úplne odstránia veľké trecie straty, čím umožnia dosahovať vysoké otáčky kompresora (48 000 ot/min).

Variabilná rýchlost otáčok odstredivého kompresora

Regulácia chladiacich výkonov premenlivou rýchlosťou otáčania odstredivého kompresora bola odskúšaná v aplikáciách na strednom trhu a umiestnila sa ako hlavný prúd ďalšieho vývoja. Najlepšie sa uplatnili vysokorýchlostné dvojstupňové odstredivé kompresory, ktorých rýchlosť sa reguluje podľa potrebnej kondenzačnej teploty alebo zmien prenosu tepelného výkonu tak aby sa dosiahla optimálna úspora energie. Regulácia zmenou rýchlosti kompresora sa prevádza v rozsahu 20 % až 100 % menovitého výkonu. Od 20 % po nulu sa prevádza regulácia výkonu elektronicky riadeným regulačným ventilom.

Zmena rýchlosti otáčok (VSD) sa zvyčajne používa vo všetkých oblastiach HVAC zariadení a je osvedčená v prevádzke ako prostriedok na redukciu nákladov na energiu. Štandardne býva táto súčasť podobne ako elektronika na ovládanie magnetických ložísk umiestnená oddelene od kompresora v samostatných skrinkách, čo zvyšuje celkovú cenu výrobku.

Konštruktéri Turbocoru vyvinuli svoj vlastný prevodník regulácie otáčok celkom integrovaný do telesa kompresora. Riadenie výkonu hnacieho systému pracuje na princípe zmeny sieťového napätia 380 V – 460 V s kmitočtom 50/60 Hz na striedavý prúd s premenlivým kmitočtom, ktorý mení otáčky motora. Okrem toho premenlivý kmitočet zabezpečí mäkký rozbeh kompresora, s prúdom menším ako 5 A. Striedavý prúd z rozvodnej elektrickej siete sa usmerní diódami a tyristormi, potom sa vyhladí štyrmi kondenzátormi. Premenlivý kmitočet sa vytvorí pomocou bipolárnych tranzistorov s izolovaným hradlom (IGBT prevodník) z jednosmerného prúdu. Stator chladený médiom prečerpávaným kompresorom zabezpečuje otáčky rotora až do 48 000 ot/min a výkon 160 hp (konských síl). Motor má pritom fyzické rozmery ako asynchrónny štvorpólový motor s výkonom 1 hp (1-konská sila). Reguláciou otáčok motora sa dosiahne maximálna účinnosť pri nízkom príkone motora. Používaním tohto motora sa dosahuje koeficient nad 5,6 (energetická účinnosť preprenosu 0.63 kw/tr), pri aplikáciách s vodou na vstupe sa dosahuje 9.38 (EER 0.375).

V synchrónnom elektromotory kompresora je použitý rotor so špeciálnym permanentným magnetom, navrhnutým tímom pracovníkov Turbocor a výskumným ústavom Commonwealth Scientific Industrial Research Organization of Australia (CSIRO).

Aerodynamika a výber chladiva R-134a.

Aerodynamika dvojstupňového odstredivého kompresora bola navrhnutá v spolupráci s Concepts ETI vo Vermonte. Táto konštrukcia používa dve otvorené obežné kolesá a môže pracovať s ekonomizérom alebo aj bez neho. Pred konečným výberom vhodného chladiva boli preskúmané mnohé druhy nových chladív. Tím technikov vybral ako najvhodnejší druh pre tento systém kompresora chladivo R-134a. Toto chladivo bolo adoptované v automobilovom priemysle ako náhrada za R-12. V súčasnosti je najbežnejšie používaným chladivom na svete a preto je bežne dostupné. V systéme s odstredivým kompresorom odpadá potreba použitia drahých a komplikovaných očistných zariadení, nutných pri použití R-134a v štandardných kompresoroch.

Pri vstupe do kompresora pary prechádzajú cez sústavu lamiel (IGV), ktoré sú počas práce kompresora otvorené. Zatvorené sú pri štarte kompresora a po jeho rozbehu ho plynule zaťažia. Medzi obežnými kolami prvého a druhého stupňa je priestor pre možnosť použitia ekonomizéra, ak by bol potrebný. Na výstupe z kompresora je umiestnený spätný ventil, ktorý zabráni stlačeným parám vrátiť sa do kompresora po jeho zastavení. Spätný ventil je nevyhnutný aj pri paralelnej práci viacerých kompresorov.

Integrácia elektroniky.

TT300 je prvý vo svete ako celkom integrovaný systém odstredivého kompresora a môže byt zatriedený ako elektronický stroj. Bol navrhnutý s celkom integrovanou výkonovou elektronikou, s prevodníkom IGBT osadeným bipolárnymi tranzistormi s izolovaným hradlom, ktorý vytvára striedavý prúd s premenlivou frekvenciou pre riadenie rýchlosti otáčania motora. Integrovaná elektronika zabezpečuje napájanie a vyhladenie jednosmerného prúdu kondenzátormi, ovláda magnetické ložiská modulátorom šírky pulzov PWM, riadi mäkký rozbeh elektromotoru, riadi prietok pár na vstupe do kompresora (IGV), riadi viacnásobný elektronický rozvod expanzných ventilov, sníma tlak a teplotu z čidla a obsahuje riadiacu elektroniku chladenia.



Bloková schéma elektrických okruhov len v hrubých rysoch ukazuje ako je riadiaci systém kompresora rozdelený do dvoch vetví. Jednu vetvu tvorí vysokonapäťová / výkonová časť a druhú nízkonapäťová / riadiaca / servisná časť. Vysokonapäťová časť, výkonová elektronika ktorá poháňa motor a DC/DC napájanie pre magnetické ložiská je umiestnená na vrchu kompresora. Izolovane mechanicky aj elektricky od silovej časti je na boku stroja umiestnená nízkonapäťová časť. Vykonáva riadiace a kontrolné funkcie pre motor, magnetické ložiská a samotný kompresor.

Elektronika bola navrhnutá tak, aby bolo možné ľahko prevádzať servis spôsobom plug-and-play. Kryty z PVC sú pokovené aby tienili elektromagnetické rušenie. Účinnosť a výkon kompresora sú zaručené pri frekvencii sieťového napätia 50Hz alebo 60Hz. Elektronika zabezpečuje celému systému chladiaceho zariadenia prácu pri optimálnych podmienkach. Zvyšuje sa tým spoľahlivosť a životnosť jeho jednotlivých súčasti. Miniaturizácia elektroniky bola kľúčovou časťou vývojovej práce. Odstránilo sa tým veľa samostatných prvkov a elektrického vedenia.

Táto elektronika riadi prácu kompresora, dovoľuje sieťový monitoring a externé riadenie z ovládacieho panela, vykonáva veľa kontrolných funkcií na chladičoch a ostatných vonkajších zariadeniach. Integrácia elektroniky s mnohými zložitými funkciami do telesa kompresora, ušetrí nezanedbateľnú časť výrobných aj prevádzkových nákladov.

Softvér

Softvér pre celý systém bol vyvinutý skúsenými programátormi vo vlastnom podniku. Bol navrhnutý tak, aby zvyšovaním účinnosti a spoľahlivosti chladiaceho systému znižoval náklady na jeho prevádzku.

Chladiaci okruh samotného kompresora

Na odvádzanie stratového tepla z kompresora sa používa časť chladiva obiehajúceho v celom chladiacom systéme. Chladený je motor a tiež elektronické prvky. Schéma chladiaceho okruhu je na nasledujúcom obrázku.

Pohlad na kompresor zvonku

Teleso stroja je vyrobené zo zliatiny hliníka s velkou pevnostou, používanej pri výrobe lietadiel. Kryty elektroniky sú z termoplastov. Kompresor Turbocor je navrhnutý tak aby mal dlhú životnost. Jeho rozmery vzhladom k jeho výkonu sú malé.

Mechanické časti

1. Kryt výkonovej elektroniky
2. Prívod sietového napätia
3. Servisný kryt - prístup k výmenným obvodovým doskám (modulom)
4. Vstup nasávaných pár
5. Cidlo tlaku a teploty
6. Výstup stlacených pár
7. Pripojenie ekonomizéru
8. Kryt vyhladzovacích kondenzátorov

Pohľad do vnútra kompresora

Mechanické časti

1. Magnetické ložiská a ložiskové cidlá.
2. Stator synchrónneho motora
3. Pristávacie ložisko s grafitovou výstelkou pre prípad poruchy elektroniky
4. Obežné kolá kompresora
5. Ovládanie vlastného chladenia kompresora
6. Lamely pre reguláciu vstupného prúdenia chladiva (IGV)

Elektronické komponenty

1. Modul mäkkého štartu
2. Menič frekvencie IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
3. Trojfázové pripojenie pre vstup sieťového napätia
4. Usmerňovač
5. Filtračné kondenzátory
6. DC-DC menič – elektr. odizoluje jednosmerné vysoké a nízke napätie pre riadiace okruhy
7. Sieťové pripojenie pre externé riadenie a kontrolu
8. Ložiskové senzory
9. Doska EXV riadenia
10. Doska centrálneho procesoru pre riadenie kompresora a ostatných castí systému
11. PWM zosilňovač pulzov pre magnetické ložiská
    

TECHNICKÉ PARAMETRE KOMPRESORA

Rozmery a váha kompresora Turbocor TT- 300

Energetická úcinnost pre aplikácie na strednom trhu

Graf znázornuje spotrebu elektrickej energie pri plnom a ciastkovom zatažení kompresora Turbocor v porovnaní s typickým skrutkovým kompresorom s olejovým rozvodom pri 75 tonovom chladici ochladzovanom vodou.

Energetická účinnosť sa zvyšuje aj ďalšou dobrou vlastnosťou kompresorov Turbocor. Turbocor kompresory sú nielen viac výkonné, oni sú tiež bezolejové. Ponúkajú obrovskú výhodu v udržaní rovnakej účinnosti počas celej životnosti aplikácie. Prečo? Olej má niektoré veľmi nepriaznivé dôsledky v chladiacom okruhu. Olej používaný na mazanie, časom v malom množstve migruje do výparníka. Jeho usadenie na stenách znižuje schopnosť výparníka prenášať teplo. I keď mnohé dnešné chladiace komponenty majú zariadenia na minimalizáciu strát oleja predsa sa používa najistejší spôsob ako si udržať čistý okruh a to výmena oleja.

ASHRAE robil výskum v starších chladičoch naplnených chladivom FREÓN 11 a výsledky sú zobrazené v nasledujúcej tabuľke. V priemere chladiče obsahovali 12 % oleja, čím sa znížila účinnosť od 15 do 20 %.

Koľko peňazí by táto úroveň kontaminácie olejom stála?

V príklade uvažujeme s 300-tonovým chladičom: • 300-tonový chladič • 2000 hodín prevádzky s plným zaťažením (ELFH) • 0.10 $ / kWh (tarifa za spotrebu kWh) • 0.596 kW / tonu (ASHRAE 90.1 minimálna IPLV účinnosť – odstredivý chladič, 150-300 ton) spotreba: 300 ton x 2000 EFLH x 0.596 kWh / tonu x 0.10 $ = 35 760 $ / rok

9 % zníženie účinnosti by stálo vlastníka nad 3 000 $ za rok a na 25-rokov životnosti, nad 75 000 $, co je viac než počiatočná cena celého chladiča.

Test kompresorov výskumným ústavom vojenského námorníctva v San Diegu.

Výskumný ústav vojenského námorníctva v San Diegu robil podrobný test trojice kompresorov Turbocor a trojice skrutkových kompresorov s rovnakými výkonovými parametrami v rámci akcie Techval Program. Test hodnotil Pavol Kistler strojný inžinier a velitel mužstva kontroly technológie. Program Techval sleduje technológie na úsporu elektrickej energie, podla cielov obsiahnutých v energetickej politike Act 2005 (EPACT05). Výsledky testu sú znázornené v nasledujúcom grafe.

Bezolejové dvojstupnové odstredivé kompresory Turbocor boli jednoznacne vyhodnotené jako energeticky úspornejšie voci štandardným skrutkovým kompresorom.

Meranie hlučnosti na kompresore TT 300

Meranie bolo prevedené v CRIQ (Centre de Recherche Industrielle Quebec) ktoré má certifikát ISO 9001 registračné číslo 008999 akreditované národným výborom Kanady, certifikácia c. 138.

Hladina akustického výkonu na TT300 kompresoroch bola meraná v súlade s ISO 9614-1 (1993) a je uvedená v decibeloch. Dve série merania boli vykonané pre chladiace výkony 250kW a 350kW.

Vyčíslenie ekonomických úspor počas jednoročnej prevádzky.

QUANTUM – chladiaca jednotka s bezolejovými turbokompresormi, 300 až 1 800 kW

Firma AAA ZIMKLIMA nadviazala obchodné kontakty s firmou TURBOCOR v Kanade a firmou Axima Refrigeration GmbH, Kemptener Strasse 11-15, D-88131 Lindau v Nemecku.

Firma Axima Refrigeration GmbH, vyrába chladiace jednotky QUANTUM, ktoré sú osadené kompresormi TURBOCOR TT 300. Našim zákazníkom ponúkame projekty, do ktorých navrhujeme tieto chladiace jednotky s velmi dobrými technickými vlastnosťami a vysokou úsporou nákladov na energiu a údržbu chladiaceho systému. Popis konštrukcie a technických vlastností jednotiek QUANTUM je v nasledujúcej časti.

Quantum je jednotka pre chladenie, ktorá využíva bezolejové turbokompresory. Chladiaci výkon jednotky je určený počtom kompresorov a pohybuje sa od 300 kW pri použití jedného kompresoru do 1800 kW pri použití šiestich kompresorov.

Chladiaca jednotka QUANTUM 2 s dvoma kompresormi pre chladiaci výkon 600 kW

Quantum využíva výparník zaplavovaný chladiacim médiom. Tento typ výparníku umožňuje dosiahnuť vyšších chladiacich výkonov, ale potrebuje väčšie množstvo chladiaceho média. Ako chladiace médium sa používa R 134a. Teplo je prenášané z chladeného priestoru do výparníka a odoberané z kondenzátora do vonkajšieho priestoru vodou. Voda v oboch okruhoch má byt upravená na nemrznúcu zmes glykolom. Voda v okruhu kondenzátora môže byt chladená vzduchovým chladičom.

Technické údaje konštrukčnej série QUANTUM osadenej jedným až siedmimi kompresormi Krivky teploty chladenej vody podľa nastaveného výkonu chladiacej jednotky. Teplota vody vo výparníku: 12 až 6 °C; Teplota vody v kondenzátore: 26 až 32 °C Charakteristické hodnoty (chladiaci výkon, spotreba energie, hladiny zvuku, hmotnosť, rozmery) jednotiek QUANTUM 2 až QUANTUM 6 Chladiaca jednotka QUANTUM 6 so šiestimi kompresormi pre chladiaci výkon 1800 kW. Kompresory Kondenzátor Výparník Príruby pre vodu 26 až 32 °C Príruby pre vodu 12 až 6 °C - okruh vzduchových chladičov - okruh chladených priestorov

Pre našu zemepisnú polohu je rozsah teploty vody 26 až 32 °C v kondenzátore urcený pre výparové vzduchové chladiče. Ak sa budú používať pre ochladzovanie vody v kondenzátorovom okruhu suché vzduchové chladiče, môže sa nastaviť teplota vody v kondenzátore na 38 až 45 °C.

Quantum ponúka mnoho výhod vyplývajúcich z použitia bezolejových turbokompresorov: veľmi tichý chod, malý rozbehový prúd, bezkontaktné ložiská sa neopotrebovávajú a teda nie je nutná ich výmena, rovnako ako sa neprevádza plnenie a výmena oleja. Výkon je možné plynule meniť podľa aktuálnych požiadaviek. Veľkou výhodou je vysoká spoľahlivosť, lebo aj pri poruche na jednom kompresore môže viac kompresorová jednotka ďalej dodávať chladiaci výkon a porucha môže byť odstránená bez prerušenia prevádzky.

Štandardne sa Quantum dodáva s riadiacim systémom Siemens.