Способ контроля технического состояния компрессорно-конденсаторных агрегатов систем кондиционирования и устройство для его осуществления
METHOD FOR MONITORING THE TECHNICAL CONDITION OF COMPRESSOR AND CONDENSER UNITS OF AIR CONDITIONING SYSTEMS AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к контролю технического состояния компрессорно-конденсаторного агрегата системы кондиционирования и вентиляции воздуха.
Известен способ защиты для электрических двигателей (патент US 2011/0149446, МПК Н02Н 7/09, Н02Н 3/04, Н02Н 3/26, 23.06.2011). Система включает в себя датчики тока, установленные на шинах питания двигателя, контактор с контактами в цепи питания обмоток двигателя, центральный процессор, обрабатывающий по заданным алгоритмам поступающие на него сигналы от датчиков тока и напряжения, приводной и коммутационный интерфейсы, дисплей, звуковую и световую сигнализацию. Реализованный в системе способ позволяет охарактеризовать возникающие в двигателе повреждения и тенденции возможных повреждений. Тем самым обеспечивается своевременное отключение двигателя и предотвращение его работы в режимах, не предусмотренных спецификацией. Одним из наиболее важных параметров, контролируемых системой, является разбаланс фазных токов двигателя.
Недостатком системы является сложность и трудоемкость обработки большого массива данных, существенные аппаратные затраты и связанные с этим высокая стоимость, значительный вес, габариты и низкая надежность.
Известен также способ определения технического состояния холодильного прибора с применением специальных стендов. Например, способ, реализуемый на переносном стенде СХ-2 (Лепаев Д.А. Ремонт бытовых холодильников. М.:Легпромбытиздат, 1989, с. 255-258). При использовании этого стенда измеряется время работы мотор-компрессора и время нахождения его в выключенном состоянии на основании результатов измерений в регламентируемых условиях, например, согласно ГОСТ 16317-87 «Приборы холодильные электрические бытовые. Общие технические условия, вычисляется коэффициент рабочего времени (КРВ), значение которого сравнивается с КРВ эталонного холодильника или с регламентируемыми эталонными значениями КРВ для конкретных моделей холодильника. Одновременно с КРВ измеряется температура в камерах холодильника, которая сравнивается с регламентируемыми значениями температуры для конкретных режимов испытания БХП, для их типовых моделей, в соответствии с климатическим классом БХП согласно ГОСТ 30204-95. Эксплуатационные характеристики БХП. Методы испытаний.
Достоинством этого способа является то, что измерение времени работы и стоянки компрессора позволяют вычислять один из важных энергетических показателей работы герметичного компрессора - коэффициент рабочего времени (КРВ) компрессора, являющийся интегральной характеристикой технического состояния всего холодильника.
КРВ косвенно характеризует холодопроизводительность агрегата в целом и герметичность холодильного шкафа. Прибор позволяет реализовать метод измерения температур в холодильном и морозильном отделениях и сравнивать опорные (эталонные) КРВ с фактическими, измеренными после определенного периода эксплуатации. При этом способе вывод о технического состоянии бытового холодильника выполняется на основании сравнения КРВ и температур в камерах исследуемого холодильного прибора с КРВ и температурами в камерах эталонного холодильного прибора или с показателями заведомо исправного однотипного нового холодильного прибора.
Недостатком способа оценки технического состояния с использованием прибора «СХ-2» является то, что показатель КРВ зависит от температуры окружающего воздуха. Чем выше температура воздуха, окружающего холодильный прибор, тем выше его КРВ при прочих неизменных параметрах. Описанный способ дает ориентировочную оценку технического состояния бытового холодильного прибора и не автоматизирован - измерения и вычисления выполняются специалистом, прибор не предусматривает возможности записи результатов измерений и вычислений КРВ.
Прототипом заявленному способу является способ эксплуатации технологического оборудования (см. RU 2248550 С1, 20.03.2005), включающий входной контроль технического состояния оборудования перед началом его эксплуатации, при этом из параметров, определяющих техническое состояние, выделяют реперные точки, в том числе содержащие граничные значения, с созданием исходной базы данных для контроля деградационных процессов в оборудовании в течение всего периода эксплуатации, про-водят сервисное обслуживание, в ходе которого выполняют регламентные работы по эксплуатации, технический мониторинг, в ходе которого определяют возможность продолжения эксплуатации в течение ранее намеченного срока, определяют необходимость компенсирующих мероприятий с выработкой рекомендаций по технологии проведения сервисного обслуживания и применению расходных материалов в течение вышеуказанного ранее намеченного срока эксплуатации и диагностику, в ходе которой также выявляют тенденцию изменения параметров реперных точек технологического оборудования в зависимости от режима эксплуатации и периода его эксплуатации, причем технический мониторинг проводят через заданный интервал времени без остановки технологического процесса, при этом по значениям параметров реперных точек производят оценку регрессивных процессов, анализ условий эксплуатации и сопоставление реальных значений параметров реперных точек с первоначально определенными входным контролем и, если контролируемые параметры оборудования соответствуют условиям эксплуатации, определяют возможность продолжения эксплуатации, а если контролируемые параметры не соответствуют условиям эксплуатации, определяют необходимость проведения досрочной диагностики, в ходе которой производят совокупную оценку реального технического состояния технологического оборудования, определяют условия продолжения эксплуатации оборудования и риск его эксплуатации, включая условия безопасной эксплуатации в конкретных условиях, причем в результате диагностики определяют компенсирующие мероприятия, обеспечивающие восстановление эксплуатационных свойств оборудования, в том числе необходимость капитального ремонта или признание оборудования не годным для дальнейшей эксплуатации, а при признании оборудования годным для дальнейшей эксплуатации по оценке риска эксплуатации оборудования, используемого в технологическом процессе для опасных производственных объектов, разрабатывают декларацию промышленной безопасности.
В данном изобретении не устанавливаются критерии работоспособности оборудования и, следовательно, не обеспечивается оценка состояния его работоспособности ни при входном контроле, ни в ходе эксплуатации, что не допускает принятие обоснованных решений о продолжении эксплуатации и не обеспечивает требуемое качество технического обслуживания высокотехнологичного оборудования.
В основу предполагаемого изобретения поставлена задача предотвращение внезапных отказов, прежде всего путем методологического структурировании этапов контроля технического состояния основных узлов компрессорно-конденсаторного агрегата, за счет установки температурных, токовых и вибрационных датчиков контроля, которые решают поставленную задачу на базе современных средств микропроцессорной техники.
Задача решается за счет того, что в способе контроля технического состояния компрессорно-конденсаторных агрегатов систем кондиционирования и вентиляции воздуха, согласно изобретению контроль за техническим состояние компрессорно-конденсаторного агрегата осуществляется на всех режимах работы винтового компрессора с учетом особенностей функционирования винтового компрессора и приводного двигателя, на винтовом компрессоре и на приводном двигателе устанавливаются датчики вибрации и датчики тока, одновременно с контролем температуры холодильного агента, который циркулирует по системе, контролируется тепловое состояние приводного двигателя с помощью токовых вставок, а также блоков позисторов, для определения наиболее нагретого элемента приводного двигателя используется многоэлементная тепловая схема замещения асинхронного двигателя с учетом электромагнитных явлений, при этом обеспечивается контроль гармонических составляющих мощности по фазам, контроль и представления вибропоказателей в формате 3D, причем в блоке сравнения данные преобразуются формат 3D для сравнения с картиной номинальных данных блока задания установок, при этом контроль за техническим состоянием компрессорно-конденсаторного агрегата осуществляется при помощи трехуровневого алгоритма диагностирования, который реализуется на трех уровнях: защита, диагностирование, аварийная остановка.
Данная задача решается также за счет того, что устройство контроля технического состояния компрессорно-конденсаторных агрегатов систем кондиционирования и вентиляции воздуха, содержащее компрессор винтовой, конденсатор воздушного охлаждения, ресивер вертикальный, фильтр осушитель, соленоидный вентиль: терморегулирующий вентиль, испаритель, датчики температуры и установленные на винтовом компрессоре и на приводном двигателе датчики вибрации и датчики тока, согласно которому контроль за техническим состоянием компрессорно-конденсаторного агрегата осуществляется на всех режимах работы винтового компрессора с учетом особенностей функционирования винтового компрессора и приводного двигателя, контроль за техническим состоянием компрессорно-конденсаторного агрегата осуществляется при помощи трехуровневого алгоритма диагностирования, который реализуется на трех уровнях: защита, диагностирование, аварийная остановка, при этом помимо контроля наиболее нагретого элемента приводного двигателя, происходит контроль гармонических составляющих мощности по фазам, контроль вибрационных показателей по условным осям X,Y,Z - данные которых поступают в блок сравнения, где преобразуются в формат 3D для сравнения с картиной номинальных данных блока задания установок.
Совокупность признаков данного изобретения по сравнению с аналогами и прототипом позволяет:
- контролировать тепловое состояние хладагента и его скорость истекания в замкнутое пространство, представляющее собой наружный контур охлаждения приводного двигателя компрессорно-конденсаторного агрегата.
- одновременно с контролем температуры холодильного агента контролируется тепловое состояние приводного двигателя с помощью тепловых вставок в автомате, а также дополнительных блоков позисторов на входе двигателя; для определения наиболее нагретого элемента приводного двигателя используется многоэлементная тепловая схема замещения асинхронного двигателя с представлением последнего в виде двухфазного с учетом электромагнитных явлений в нем.
- использовать трехуровневый алгоритм диагностирования, включающий уровень 1 (защита), уровень 2 (диагностирование), уровень 3 (аварийная остановка).
- контролировать значение мощности Ра.в.с поступающей в блок разложения, где выделяются основные гармонические составляющие, которые сравниваются с нормированными и в случае существенных отличий выдается аварийный сигнал (витковое, междуфазное замыкания, перекос фаз, неравномерная загрузка приводного двигателя по фазам).
- повысить точность и надежность диагностирования компрессорно-конденсаторного агрегата за счет использования трехуровневого алгоритма диагностирования, определению наиболее нагретого элемента приводного двигателя на базе его ТСЗ, контролю гармонических составляющих мощности по фазам, представлению вибропоказателей в формате 3D.
- обеспечит постоянный контроль вибрационных показателей (виброскорости и виброускорения) по условным осям X, Y, Z - данные которых поступают в решающий блок, где преобразуются в формат 3D для сравнения с идеализированной картиной. В случае отличия текущей картины от исходной, зафиксированной на начальном этапе, в 2...3 раза подается сигнал о неисправности и происходит автоматическое отключение агрегата.
Преимущества данного изобретения, в отличие от прототипа, определяются тем, что контроль технического состояния компрессорно-конденсаторного агрегата осуществляется на всех режимах работы компрессорно-конденсаторного агрегата с учетом особенностей функционирования винтового компрессора. Кроме того, повышается точность и надежность контроля за техническим состоянием агрегата за счет дополнительных контролируемых параметров температуры и мощности.
На фиг. 1 приведена примитивная блок-схема системы кондиционирования и вентиляции воздуха, а на фиг. 2 - структурно-логическая схема диагностирования для предотвращения внезапного отказа этой системы, состоящей из семи элементов и пяти датчиков контроля, данные которых обрабатываются в одном блоке: компрессор винтовой 1, конденсатор воздушного охлаждения 2, ресивер вертикальный 3, фильтр осушитель 4, соленоиды вентиль 5, терморегулирующий вентиль 6, испаритель 7, датчики контроля температуры 8, 9, 12, датчик контроля вибрации 10, датчик контроля тока 11, блок обработки данных 13.
К
К
К
ДВ
ДВ
ДВ
окр
К
дв
А
В
C
А
В
C
a.b.c
a.b.c
A,B,C
A,B,C
A,B,C
A,B,C
A,B,C
К
ДВ
ДВ
тек
m1
m2
m3
mi
ДВ
двтек
mi
авс
ABC
ABC
H
H
H
доп
доп
н
Н
Н
Н
Н
Н
н
тек
тек
Структурно-логическая схема диагностирования системы кондиционирования и вентиляции воздуха (Фиг. 2) обеспечивает предотвращение внезапных отказов за счет того, что: на винтовом компрессоре 1 (Фиг. 1) и на приводном двигателе 1 (Фиг. 2) установлены датчики вибрации 10, 11 (Фиг. 1) по идеализированным осям объемной системы координат XYZ - Х, Y, Z; Х, Y, Z. Датчики температуры фиксируют температуру окружающей среды - Т, температуру винтового компрессора 1 (Фиг. 1) - Т и температуру приводного двигателя 1 (Фиг. 2) - Т. Для определения наиболее нагретого элемента приводного двигателя используется тепловая схема замещения приводного двигателя 2 (Фиг. 2). Увеличение числа элементов схемы замещения приводного двигателя приводит к существенному усложнению ее описания и не ведет к повышению точности расчетов. Питание приводного двигателя осуществляется с помощью кабельной линии через входной автомат, включающий в себя максимальные и тепловые расцепители. Датчики тока и напряжения 10, 11 (Фиг. 1) позволяют определить текущие значения величин - I, I, I, V, V, V, которые отображены в блоке текущие фазовые токи и напряжения 3 (Фиг. 2) На базе текущих величин I и V рассчитывается потребляемая мощность, блок 4 (Фиг. 2). Режиму номинального функционирования системы соответствуют номинальные значения величин -I, V, P, V,a, Т, Т. Эти величины вводятся в блок задания установок 5 (Фиг. 2). Текущие значения измеряемых и определяемых величии поступают в блок сравнения и выделения разности 6 (Фиг. 2). В блок сравнения температуры приводного двигателя вводятся Т, Т и температуры расчетных тел (T, Т, Т…). Из числа расчетных тел выбирается наиболее нагретое, его температура T участвует в блоке сравнения и выделения разности 6 (Фиг. 2) - Т, Т, T. При расчете температур по тепловой схеме замещения приводного двигателя используется его двухфазная модель с учетом электромагнитных явлений. Полученные разностные сигналы по контролируемым и измеряемым величинам поступают в блок алгоритм диагностирования 7 (Фиг. 2), где в зависимости от величины разностного сигнала происходит выбор одного из трех уровней диагностирования 8 (Фиг. 2). В случае выбора первого уровня включаются защитные функции электромеханической системы - система автоматически отключается. При втором уровне возможны два варианта работы электромагнитной совместимости - нормальное расчетное функционирование или функционирование с ограничением по длительности. Третий уровень предполагает аварийное отключение, предварительно подается звуковой сигнал машинисту, оператору компрессорно-конденсаторного агрегата. Параллельно с заданием Р и текущей величины Р в блок сравнения и выделения разности 6 (Фиг. 2) Р поступают в блок разложения в частотный спектр 9 (Фиг. 2) и когда отдельные показатели  будут отличаться от нормированных для номинального режима функционирования на 30…40% система диагностирования перейдет на алгоритм 3-го уровня - аварийное отключение. Способ и устройство диагностирования охватывают возможные режимы работы компрессорно-конденсаторного агрегата с учетом особенностей функционирования винтового компрессора и приводного двигателя, дают возможность выйти на один из трех уровней диагностирования, решая поставленную задачу на базе современных средств микропроцессорной техники.