November 1992 ling. H.T. Grimmelfus
SAND 1: Hoofdrapport
Ontwikkeling van een prototype
storings-diagnosesysteem
voor compressor-koetinstallaties
Rapport OEMO 92/13
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0bi
0 0 0 0Ontwikkeliing,
van een prototype
storings-diagnosesysteem
voor cortipressor-koetinstallaties
Rapport OEMO 92/113
UT. Grimmellus Leiden, November 1992Technische Uniyersiteit Delft
Faculteit de Werktuigbouwkunde
en Maritieme Techniek
Vakgroep Werktuigkundige Instatlaties
Van Buuren-Van Swaay
VOORWOORD
In dit afstudeerverslag wordt het ontwikkelen van een prototype diagnosesysteem voor een
compressorkoelinstallatie beschreven.
Dit onderzoek heeft plaatsgevonden in kader van het ICMOS--koel project, waarbinnen de faculteit
Werktuigbouwkunde en Maritieme Techniek en Van Buuren-Van Swaay participeren. De Stichting
Coordinatie Maritiem Onderzoek (CMO) subsidieert dit project.
De werkzaamheden voor deze ingenieursopdracht aan de Technische Universiteit Delft, hebben
plaatsgevonden in de vestiging Zoetermeer (afdelingen Marine Airconditioning en Technische
Zaken) van Van Buuren-Van Swaay.
Het uitvoeren van dit onderzoek was mogelijk dankzij de uitgebreide ondersteuning op zowel
praktisch as theoretisch gebied, vanuit de Technische Universiteit door professor J. Klein Woud
en de heer H. van Herwerden, en
bijVan Buuren-Van Swaay door de heren G.
Been,L.J. van Wees en M. van Holsteyn.
De implementatie van de werkomgeving voor het diagnoseprogramma is grotendeels het werk van de heer W. Meijers van Van Buuren-Van Swaay.
Daarnaast was de hulp van LOGOS Den Haag -in de
persoon van de heer J.J. van Nielen(patroonherkenning)- en van de faculteit Technische Wiskunde en Informatica -in de persoon van de heer B.C. van Zomeren (regressie-analyse)- onontbeerlijk.
In de examencommissie hebben, naast de heren J. Klein Woud, J.L. van Herwerden. G.Been en
L.J. van Wees, ook professor Van de Ree en de heer S. Touber zitting, beide van de vakgroep
Proces en Energie, sectie koudetechnieken klimaatregeling.
Ik hoop dat dit werk een zinvolle bijdrage kan zijn aan de verdere ontwikkelingen binnen de
ICMOS-projecten en de aan de produktontwikkeling bij Van Buuren-Van Swaay.
Hugo Grimmelius Leiden, 23 november 1992
ICMOS: Intelligent Control and MOnitoring Systems
INHOUDSOPGAVE
HOOFDRAPPORT (Band 1): VOORWOORD
INHOUDSOPGAVE
GEBRUIKTE NOTATIES vii
Symbolen vii
Voorvoegsels viii
Bovenschriften viii
Onderschriften viii
INLEIDI NG xi
1. OORZAAK - GEVOLG ANALYSE
1 1 2 10 1.1. 1.2. 1.3. Componenten, randvoorwaarden Globaal overzicht faalvormen Het theoretisch storingsdomein
2. METINCiEN AAN EEN KOELINSTALLATIE
15
2 1 Beschrijving van de instalIatie 15
2.2. Doel van de metingen. 17
2.3. Metingen 18
3. VERWERKING VAN DE MEETRESULTATEN 21
3.1. In] eiding
21
3.2. Keuze ingangsgrootheden 21
3.3. Bepaling van de statische verbanden 22
3.4. Bepaling van de standaard-deviatie en bandbreedte voor de meetpunten
39
3.5. Bepaling van de afgeleide meetwaarden
40
bj
ICMOS - Koel
Pagina. . . . . .. . ,... . .. . . . . . . ., .. . .. . ...,..,. .,.. . .
...
. . ... ....
. . . . . .. ... ...
.....
LIE4. S-PORINGSSIMULATIES
45
4.1 Mogelijkheden voor storingssimulatie 45
4.2. Faalvorm 1.1.a: Weerstand in de zuigleiding 46
4.3. Faalvorm 1.5.a: Weerstand in de persleiding 48
4.4. Faalvorm 2.2.e: Verminderde koelwaterdoorstroom 50
4.5. Faalvorm 3.1.a: Verhoogde weerstand vloeistofleiding 52
4.6. Faalvorm 4.2.e: Verminderd thermisch contact temperatuursensor 54
4.7. Faalvorm 5.2.b: Verminderde koudvvaterdoorstroom 56
4.8. Conclusie bij de storingssimulaties 58
5. ONTWIKKELDE PROGRAMMATUUR 59 5.1. Doel en opzet 59 5.2. Keuze programmeeromgeving 60 5.3. Uitvoering 61 5.4. Eerste resultaten 64
6. SYMPTOOMMATRIX OP BASIS VAN S'TORINGSSIMULATIES
67
6.1. Inleiding 67
6.2. Algemene aanpassingen op basis van de gemeten symptomen
68
6.3. Specifieke aanpassingen op basis van de gemeten symptomen
69
6.4.
Aanpassingen op basis van de voorlopige
resultaten van hetdiagnose-programma 71
6.5. Resulterende installatie-symptoommatrix
71
7. RESULTATEN VAN HET DIAGNOSEPROGRAMMA
75
7.1 Puntenverdel ingen 75
7.2. ResuItaten met gezonde meetwaarden
75
7.3. ResuItaten met meetwaarden van gesimuleerde faa1vormen
76
8. CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN 80
8.1. Conclusies 80
8.2. Aanbevelingen voor verder onderzoek
82
Pagina iv
ICMOS - Koel
if
. . . . . . . . ..... .
... .
. . . . . . ,BIJLAGEN (Band 2):
BIJLAGE I. WERK1NG VAN DE KOELINSTALLATIE 85
B1JLAGE II. BIJLAGE III. BULAGE IV. BIJLAGE V. BIJLAGE VI. BIJLAGE VII. BIJLAGE VIII. BULAGE IX. BIJLAGE X. BIJLAGE XI.
TOELICHTING BIJ DE FAALVORMEN 93
BEWERKEN VAN DE THEORETISCHE SYMPIDOMMATRIX 111
PRAKTISCHE UITVOERING VAN DE METINGEN 119
ACHTERGRONDEN BIJ DE DATA-ANALYSE 123
GRAFISCHE PRESENTATIE VAN DE REGRESS IE-RESULTATEN . . 131
GRAFISCHE PRESENTATIE VAN DE
STORINGSSIMULATIE-R ES ULTATEN 153
IJITVOERING PROGRAMMATUUR 173
NTENWA A RDERINGSMETHODE 177
IN- EN UITVOER VAN DE PATROONHER KENNING 181
LOG(p) - Ii DIAGRAM R22 189
LITERATUURLIJST 191
bj
!CMOS - Koel
Pagina v. .
.
.
H 1 L:,1 m n p P Q R
s
It (t. 0 T U ,GEBRITIKTE, NOTATIES
Hieronder worden de Symbolen (met bijbehorende eenheden),, voorvoegsels en indices opgesomd.
In het verdere rapport zullen de gebruikte symbolen niet steeds worden toegelicht.
Symbolen
fout, afwijking, bandbreedte [diverse]
rendement, dynamische viscositein [Ai, [kgm-is41
.: verhoudingsgetal [-1 : dichtheid [kgm-3] -. standaard-deviatie [diverse]
: soortelijk volume Em3kg-1
,: massastroom
fkgsl
:: weerstandscoefficient [-] ; oppervlak, doorsnede [mg : soortelijke warrnte [Jkg-IK-11 : diameter [m] : soortelijke enthalpie pkg-l] : enthalpie (warmte-inhoud) Ill : elektrische stroom [A] : lengte, peil [all :. massa [kg] : toerental Irs;1] : druk [Nm-2] of [bar] vermogen [w] : warmte hoeveelheid lin : gasconstante [Jkg-I1C-1 -. specifieke entrojile [Jkg4K-1 : tijd [s] : in computerprogramina:: teinperatuur (;:,: 0) 1°C]) : temperatuurMI
: absolute temperatuur IK] i: elektrische spanning f V]tif
ICM OS = 'Koel Pagina viia A c d h :
Paging viii
ICMOS - Koel
Voorvoegsels
A : verschil, verandering
(d : in computerprogramma: verschil, verandering (:: A))
Bovenschriften
: fictieve waarde (niet meetbaar)
: stroom (afgeleide naar de tijd)
: geschatte waarde
ciemiddelde waarde
: fout, afwijking, bandbreedte aan bovenzijde
: fout, afwijking, bandbreedte aan onderzijde
Onderschriften
Algemeen:
( : in computerprogramma: indicatie voor begin onderschrift)
cil : betrekking hebbende op een cilinder
,cor gecorrigeerde waarde
: gasfase
,gem : gemiddelde waarde
: intredezijde, inwendig (bij warmteovergangscoefficienten)
km : betrekking hebbende op het koudemiddel
omg : omgevingscondi tie
mech : mechanisch
: in combinatie met soortelijke warmte (cp): bij gelijkblijvende druk
th : theoretische waarde
tot : totaal
: uittredezij de, uitwendig (bij warmteovergangscoefficienten)
vi : vloeistoffase
,vrz : temperatuur of druk van verzadigde damp, bij resp. dezelfde druk of temperatuur
: werkelijke waarde
: betrekking hebbend op component I
: betrekking hebbend op component II
Per component: - compressor : compressor zuig pers in de cilinder filter klep carter smeerolie : motor ..k : carter : olie : :
- condensor cond : condensor kw koelwater ender : onderkoeling - filter/droger; vloeistalleiding : filter/droger expansieventiell expi ; expansieventiel drukvereffening .ts temperatuursensor' mem : membraan over : oververhitting - verdamper : verdamper koudw koudwater
bj
I:CMOS Koel Pagina it:
-.dv :
:
INLEIDING
De opdracht voor dit onderzoek is als volgt geformuleerd:
Het on twerp
en de implementatie van
een prototype off-line diagnosesysteem vancompressorkoelinstallaties.
Daarbij warden de volgende werkzaamheden genoemd:
Vaststellen van de mogelijke storingen, te detecteren storingen en hun symptomen voor de
aenoemde instal latie.
Uitvoering van een serie metingen aan de gezonde installatie.
Interpretatie van meetresultaten en opstellen van een eenvoudig referentiemodel voor de
gezonde installatie.
Aanbrengen van een beperkt aantal storingen en doen van rnetingen aan deze gestoorde
installatie.
Interpretatie van deze metingen en vergelijking met de gezonde installatie.
Ontwerp van een diagnose-strategic en implementatie daarvan in en computerprogramma. Als basis dient het haalbaarheidsonderzoek dat door schrijver dezes is uitgevoerd als vierdejaars-cursuswerk (beschreven in [Grimmelius; 1992; (1)]).
In het haalbaarheidsonderzoek is geconcludeerd dat een 'deep-knowledge'-expertsysteem, gebaseerd
op -vereenvoudigde- mathematische modellen, in combinatie met heuristische kennis uit theoretische
analyse en interviews met experts, het meest veelbelovend is als diagnose-systeem.
Voor het ontwikkelen van dit systeem moet enerzijds een model warden bepaald, anderzijds moet
de kennis in een algemene vorm warden samengevat.
Een eenvoudig 'model' kan worden bepaald uit de metingen aan de gezonde installatie door middel
van regressie-analyse.
De benodigde kennis kan warden samengevat in symptoompatronen voor de verschillende storingen.
De verzamelde kennis is in een kwalitatieve theoretische storingssymptoommatrix opgenomen.
Hierbij is in het haalbaarheidsonderzoek naar voren gekomen dat de kwantitatieve inzichten
ontbreken am direct te komen tot een betrouwbaar diagnosesysteem.
Het inferentie-mechanisme van het expertsysteem kan warden beschouwd als een vorm van
patroonherkenning. Aan de TU-Delft is hiervoor door Van Herwerden -binnen het ICMOS-diesel project- een methode ontwikkeld.
Bij Van Buuren-Van Swaay zijn metingen gedaan aan een compressorkoelinstallatie. Daarbij kon
gebruik gemaakt warden van de aanwezige kennis en apparatuur.
Pagina xii
ICMOS - Koel
Om de theoretisch gevonden symptoompatronen te verifieren wordt een aantal enkelvoudige
storingen gesimuleerd door ingrijpen in het proces (door bijvoorbeeld dichtdraaien van afsluiters).
Deze simulaties moeten leiden
tot een beter inzicht in de kwantitatieve aspecten van de
Piguur 1 Componentindefing.
IICMOS - Koel
Pagitta IOORZAAIC,GEVOLG ANALYSE
In dit hoofdstuk wordt een theoretische oorzaak-gevolg analyse (FMEA) opgezet voor het type
compressorkoelinstallaties waaraan metingen zijn verricht. In Bijlage II is bij elke faalvorm de,
gedachtengang, die leidt tot het uiteindelijke symptoompatroon, uitgewerkt.
De beschouwde installatie is een vereenvoudiging van de volledige koudwatermaker, waarvan het processchema met toelichting is opgenomen in Hoofdstuk 2 (Figuur 2). Hiervan zijn alleen de voor
deze studie van belang zijnde onderdelenovergenomen.
an algemene beschrijving en een toelichtingop de werking van deze compressorkoelinstallatid is
opgenomen in Bijlage I.
Liz
Companenten, i-andfoorwaardenDe volgende componenten worden onderscheiden (zie Figuur 1):
2
-3
.4
16 =
Compressor (inclusief zuig- en
persafsluiters en leidingen). Condensor.
Filter/droger en vloelstofleldflig (inclusief afsluiters).
Regelventiel Met externe
dru.k-vereffening. Verdamper... Appendages: magneetklepkijk-glas en carterverwarming. 101 HI
2
V. a. 1.-Pagina 2 !CM OS - Koel
Er worden randvoorwaarden gesteld ten aanzien van:
externe condities;
optreden van meerdere storingen; te beschouwen faaloorzaken.
De intrede koud- en koelwatercondities worden voor deze analyse constant verondersteld, evenals de elektrische voeding.
Bij elke faalvorm wordt er van uit gegaan dat deze als enige optreedt. Combinaties van
storingen zullen hier niet worden beschouwd.
De installatie wordt geacht goed te functioneren, dat wil zeggen dat afstelfouten en
verkeerde dimensionering van componenten buiten bcschouwing worden gelaten. Wel meegenornen worden de gevolgen van het verkeerd of in het gelled niet uitvoeren van de volgende standaard onderhoudsactiviteiten.:
- Compressor°lie bijvullen/verversen;
Koudemiddel bijvullen;
Filter/droger elementen vervangen.
Bronnen: 1) Besprekingen van de resultaten met de ontwerp-, de research-, de service- en de
meet- & regelafdeling van Van Buuren-Van Swaay en een besprelcing met een
vertegenwoordiger van de Vakgroep Koudetechniek van de TU-Delft;
Interviews met servicemonteurs en inbedrijfstellers;
Literatuur: [Smit, 1982; (2)]; [Stolk, 1990; (3)]; [Vos, 1988; (4)]; [Koelet, 1987; (5)]; [ALCO, 1968; (6)]; [SBC; (7)]; [Carrier; (8)]; [Bronswerk; (9)]; [Trane, 1977; (10)]; [Koel-Combi; (11)].
Voor een verklaring van de gebruikte symbolen wordt verwezen naar de symbolenlijst (pagina vii en verder).
1.2. Globaal overzicht faalvormen
In deze paragraaf wordt
per component een opsomming gegeven van de te onderscheidenfaalvormen. In Bijlage II wordt per faalvorm een toelichting gegeven.
In de hierna volgende overzichten zijn de faalvormen niet gegroepeerd naar gelijke
symptoompatronen. Ook is
hier geen rekening gehouden met de
(on)mogelijkheid bepaaldesymptomen te meten.
Lilt gesprekken met servicemonteurs en inbedrijfstellers is gebleken dat goad ontworpen
en genstalleerde installaties nagenoeg geen onderhoud nodig hebben. Probleem bij aan boord uitgevoerde reparaties is dat meestal een nieuwe storing wordt geintroduceerd (bijvoorbeeld: bij het vervangen van filter/droger elementen komt vocht in de installatie door
condensatie op het koude binnenoppervlak van het filterhuis!). ad
ad.2. ad 3.
-114
1.2.1. Compressor Zuigleiding: verhoogde weerstand lekkage 1,2. Zuigkleppen: afdichting faalt verhoogde weerstand 1.3. Compressie:afdichting cilinder faalt
overdrukbeveiliging faalt PersIcleppen: afdichting faalt verhoogde weerstand 1.5. Persleiding: a) verhoogde weerstand leldcage he. Mechanisme:: olieniveau te laag olieniveau te hoog slijtage oliepomp lekkage lagerslijtage U oliecirukregelaar faalt
g) lcruk/drijfstang mechanisme faalt 1.7. Aandrijflijnr..
elektrische voeding faalt overmatige slijtage, lostrillen
aanclrijflijn verbroken
1,8. Capaciteitsregeling: te veel zuigers bij
te weinig zuigers bij,
terugslagklep Iekt
ICMOS - Koel
pagina 31. 1.
Pagina 4
Tabel Symptomen van faalvormen in de compressor. Faalvorm: PriMaii: effect: Secundair effect.
1.3.a
11.3.b:
1.4.a: persdruk pcp
1.411 drukval klep APco4
1.5.a:
carterdruk 'acne,
persdruk 4
drukval 4P4,440ndi
aanvoer pomp valt weg olieslag oliedruk poke 14 olie niveau 4 oliedruk 1 oliedruk pas 4 compressor maakt meer lawaai toerental trillingen t toerentalin, aantal ciliinders aantal cilinders persdruk pcp
!CMOS
- Koel cartertemp. TcarCent zuigdruk pt
perstemperatuur t zuigdruk p perstemperatuur Ter, persdruk bcp oliedruk 0, olietemp. T01. trillingen ,t olietemp ir vermogen Pc-4 0 vermogen P t vermogen zuigdruk pa zuigdruk p t zuigdruk pa t sys tmeffecten: massastroom 0,,massastroom Okm 4 ,4maar PE died
massastroom
Imassastroom oka, 14,
massastroom imaar P nietg,
niveau freon tr. massastroom 0, 4 massastroom Okm 0 ---massastroom okm rnassastroom ok, massastroom 0444
massastroom , maar Pc niety
drukval zuig pc, massastroom
1.1.b: niveau freon 4
1.2.a: zuigdruk zuigtemperafuur Ta massastroom 044, i4
1.2.b: drukval kleP AN:4 r zuigdruk p t massastroom okm, 4
1.6.c: 1.6.d: 1.6.e: ii .6.g: 1.6.a: 1.6.b: 1.6.f: 1.7.c: 1.8.a: 1.8.b: 1.8.c: 0 1.5.b: To, 4, 4 t okm 1.1.a:
1.2.2. Condensor 2.1. Koudemiddelzijdig: lucht in systeem lekkage te veel koudemiddel te weinig koudemiddel 2.2. Koelwaterzijdig vervuiling
lekkage keerschot (intern)
verstopping pij pen
te veel koelwaterdoorstroom te weinig koelwaterdoorstroom
Tabel Symptomen van faalvormen in de condensor.
Faalvorm: Primair effect:
2.1.a: warmteoverdracht 4
2.1.b: niveau freon
2.1.c: onderkoeling t
2.1 id; onderkoeling AT0., 1
2.2.a: vvarmteoverdracht 2.2.b: drukval A 4 2.2.c: drukval A ph, t 2.2.d: temp.stijging AT 4 2.2.e: temp.stijging AT Secundair effect: Tcond Tkwu condensordruk peon, onderkoeling TO., faalvorm 2.1.d condensordruk Pcond Tc0d Tkwu t condensordruk Poo t Tco - Tkwu condensordruk Pcond ' 'Tonder t condensordruk o.-cond
AT,,
condensordruk pc, 4 Systeemeffecten: persdruk pcp t vermogen Pc t persdruk pcp vermogen persdruk pcp vermogen Pc 1 persdruk pcp vermogen Pc t persdruk "Ir vermogen Pc 4 persdruk Pcp vermogen Pc tMIMS
- Koei
Pagina 54 - t t t
t
t t t1.2.3. Filter/droger, vloeistofleiding 11. Leiding tot aan filter:
verhoogde weerstand lekkage 3.2. Filter/droger-element: vervuiling/bevriezing slechte filtering/droging C) lekkage 3.3. Leiding na filter: verhoogde weerstand lekkage
Tate! IV: Symptomen van faalvormen in de filter/droger.
Pagina 6
ICMOS - Koel
ty
Faalvorm: Primair effect: Secund air effect: Systeemeffecten:
3.1.a: drukvalDA.- cond-f t massastroom
3.1.b: aanvriezen (bij groat lek) niveau freon
3.2.a: drukval Ap, Temp. verschil AT, t massastroom
4,
3.2.b: filtering 4
faalvorm 4.1.a.
3.2.c: aanvriezen (bit groat lek) niveau freon 1
3.3.a: drukval t massastroom okn.,
1.2.4. Expansieventiel 4.1. Klepfunctie:
a) vervuiling/vocht 4.2. Verstelmechanisme:
lelckage langs klepsteel
lekkage membraan
leklcage temperatuursensor verhoogde weerstand
slecht thermisch contact temperatuursensor 4.3. Drulcvereffening:
lekkage verstopping
Tate! It Symptomen van faalvormen in het expansieventiel.
ICMOS - Koel
Pagina 7Faalvorm: Primair effect: Secundair effect: Systeemeffecten:
4.1.a: drukval Apt. massastroom oververhitting AT., t
4.2.a: druk ander membraan t oververhitting ATO., t
4.2.b: temperatuursensor drukverschil APr, 44 zuigdruk Pcz 4 1
veriest vulling
4.2.c: druk boven membraan expansieventiel werkt intrede temperatuur
wordt 1 bar als drukregelaar verdamper Tv,4 4
zuigdruk pc.2 4
4.2.d: hysteresis van oververhitting 4**
***
(AT) en drukverschil (Ap.xp) *4****
bij belastingswisselingen *4*
4.2.e: gemeten T, t massastroom cm t oververhitting AT.., 4
(sensortemperatuur)
4.3.a: in extreem geval, of bij capillaire drukvereffeningsleiding:
druk onder membraan 4 massastroom oververhittingkm t
4.3.b: expansieventiel werkt constant bij wisselende
als temperatuurregelaar belastingen
Verdamper Koudemidde1zijdit4 olieafzetting verhoogde weerstand lekkage 5.2. Koudwaterzijdig: vervuiling, corrosie verhoogde weerstand!
Tabel VI: Symptomen van faalvormen in de verdamper en vloeistofverdelei. Faalvorm: Primer effec
yvaiymteoverdracht
5.1.b: drukval Ap,
5.1.c: aanvriezen
warmteoverdracht
5.2.b: drukval Apk, t massastroom 0HkoudW 4,- - koudoe
111111..P
zuigdruk p 4,
zuigdruk
massastroom
MaSSaStrOPM Okm
Palina 8
ICMOS = Koel
Secundail effect:. Systeemeffectert:
ffiaSsasfroom (bk, 4,, massasfroom ch, ?Yi9drUk Pc, 44 olieniveau 4 zuigdruk Pa 4, niveau freon 4 1.2.5. 5.1. 5.1.a: 4 5.2.a:
1.2.6. Diverse appendages Magneetklepc ongewenst open ongewenst dicht 6.2. Carterverwarming: ongewenst aan ongewenstguit 6.3. Kijkglasivochtindicator. verhoogde weerstand lekkage
rebel VII: symptomen van faalvaimen in diverse appendages.
Faalvorrin; Primair effect: Secundair effect:
6.1.a: "*" vloeistof in verdamper bij salstand
**
* vloeistofslag compressor hi] opstarten* ** compressor maakt lawaathi] opstarten'
Systeemeffecten:
*4*
it 4*
utu *
P.1 Ix drukval APr.ep t massasfroorn tio
6.2.a: olietemperatuur
6.2.b: schuimvorming bijopstarten * * *
*** compressor maakt lawaai hi]opstarten
***
"`
oliedruk po, 4 bij opstarten *6.3.a: idrukval aPtxp massastroom Olum
6.3.b: aanvriezen (bij groot Ilek) niveaufreon,
bj
!CMOS - Koel
Pagina 96.1.
Pagina 10
!aim
Massastroom freon neemt af:
Component compressor condensor filter/droger expansieventiel: verdamper Xffecten: pvwcz 1, AHkW 1 APcond-f aTo, t A Fikoud 40 !CM OS - iKoel
_mem*
_In bovenstaande tabellen is de verandering van de massastroom koudemiddel veel genoemd als symptoom. Aangezien het meten van massastromen in een gesloten systeem niet mogelijk is zonder ,aanpassingen en kostbare apparatuur is hieronder het effect van pen veranderende massastroom op extern meetbare variabelen aangegeven_
Tate! Wit Symptomen van massastroomverandaringen0 km als gevolg van een storing.
Pc
Apr, 4.
1,31, Het theoretisch storingsdomeih 13.1.
Welding
Het storingsdothein omvat de faalvormen die lift de meetbare symptoompatronen kunnen
worden gedetermineerd. Dit betekent
onder andere dat
storingen met hetzelfdesyrnptoompatroon niet kunnen worden onderscheiden en moeten worden sannengevoegd.
Ook moeten niet-meetbare symptomen buiten beschouwing worden ge.laten.
Om een duidelijk overzicht te Icrijgen wordt met de tabellen uit de vorige paragraaf een
eerste symptoommatrix opgesteld. Uit deze matrix
moeten dan de niet gemeten
procesvariabelen worden geelimineerd.De opgeschoonde matrix wordt vervolgens nog aangepast door'
het samenvoegen van afhankelijke symptomen (die geen extra bijdrage aan bet
onderscheidend vermogen geven);
het elimineren van niet -statisch- detecteerbare storingen;
het samenvoegen van afhankelijke storingen (die niet kunnen worden onderscheiden)),
Uiteindelijk volgt het storingsdomein.
De symptoinen worden kwalitatief beschouwd..
APcrp-cond
iaPf.... M
Massastroom freon
rreemt toe:ComponenV ,Ef,fecten: compressor
Ap t
,condensor AFL, t ifilter/droger AP, t expansieventieli Move, 4 lyerdamper AHketh A f t 4 Pf-expTate,' IX Opgeschoonde theciretische symptoommatrix metpeme ten variabelen.
ABCDEFGHI
J K L AT,,MN
-AP,OP
Ow 0 AT,... li I_, S T_ --T 1.2.a -1 -1 -1, -i 1 II -1 1 1 1 1 -1 1 11 1 1.2.b 1.3.a 1 1 11 -1 - ---1 = 1. w";4
, ___-1 -11 1.3.b 1 1 -1 1 1 1 1 -1 -11.4.a 1 1 -1 11.4.6 1 1 1 1 1 -1 H 1 1 -I . 1.5.a I 1, 1 1 1 1 I 1'.6.a 1.6.b - -10 Ai , 11 __,_.... -1 -1 1.6.cii
I 1 '1.64 .21 1 1.6.e '1.6.g ..11 1 -4 1.7.a , 1:1 ;1 -arts, 0 ..-zn /.7 .'b ' 1 1.7.c 1 4i 4 -11 -10 -1 -10 -1 -1 3 _ ______ 1 i ,1 .8.a 1.8.b 11 1 1 -1 _ ___1._:___ 1 1 -1 -/ 2.1.a IF 1 1 . -.. 2.1.c 1 11 1 1 2.14 i4
2.2.a 11 - T-1 --II -"-1" r "1 1 2.2.b 2.2.d 1 1 -.11 ":1 -1 -1 I i 2.2.ei
1 -1 11Ii
3.1.a -1- - -1 - -1 -1 3.2.a 4.1.a ___ -1 , 1____ - _., ,4.2.a 4.2.b -10 40 -10 -1 ' -10 -10 4.2.c 4.2.e _ _ H4 41. -1 1 ii i -A 1 -11i
-1, -10' 1 -1 1 : -1 . _ -t. 1 -1 5.1.h -1 -1 -1 ,!.,1 -11 1 -1 672.6 1-
I 6.2.: 1 -1 ..,10 _. _bj
ICMOS - Koel
Pagina 111.1.a 1 1 -1 1 1 1 1 -1 1 1 -1 -10 1 -1 -1 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1
Pagina 12 1CMOS - Koel
VI
1.3.2.. Symptoommatrix ien storingsdomeM
In Bijlage Ins de matrix, die volgt uit de eerste analyse, omgewerkt tot een gestoten stelsel met de gemeten procesvariabelen als mogelijke symptomen. Dit resultaat is
opgenomen in Tabel
Het storingsdomein wordt nu gevormd door de overgebleven
faalyorrnen(en de
bijbehorende symptomen zoals opgenomen in de tabel):
f. l.a Compressor; zuigleiding;;erhoogde weerstand. 1.2.a Compressor, zuigkleppen, afdichting faalt 1.271, 'Compressor, zuigkleppen, verhoogde weerstand I.3.a Compressor, compressie, afdichting cilinder fat& 1.3.b Compressor, compressie, overdrukbeveiliging halt
Compressor, capaciteitsregeling, lekkage terugslagklep (1.8.c) I.4.a Compressor, perskleppen, afilichting faalt
1A.b Compressor, perskleppen, verhoogde weerstandi Compressor.apersleiding, verhoogde weerstand 1.6.a Compressor, mechanisme, olieniveau te laag 1.6.b Compressor, mechanisme, olieniveau te hoog
1.6.c Compressor, mechanisme, slijtage oliepomp/Eden oliedrukregelaar 1(1.6.0 1.6.d Compressor, mechanisme, lekkage
1.6.e Compressor, mechanisme, lagerslijtage
1.6.g Compressor, mechanisme, then kruk/drijfstang mechaniSme 11.7.a Compressor, aandrijflijn, elektrische voeding halt
12-7.13 Compressor, aandrutlijn, overrnatige slijtage, lostrillem 1.7.c Compressor, aandrijflijn, aandrijflijn verbroken " 1.8.a 'Compressor, capaciteitsmgeling, te veel zuigers bij
1.8.b Compressor, capaciteitsreggling, te weinig zuigers bif Condensor, koudemiddelzijdig, lucht in systeem 2. Lc Condensor, koudemitIclelzijdig, te veel koudetniddell 2.1.d Condensor, koudemiddelzijdig, te weinig koudemiddell 2.7.a Condensor, koelwaterzijdig, vervuiling
2.2.b Condensor, koelwaterzijdig, leldcage keerschot (intern) 9.2.d Condettsor, koelwaterzijdig, te vet] koelwaterdoorstroom 2.2.e Condensor, koelwaterzijdig, te weinig koelwaterdoorstroom
3..coLi! Gehele vloeistoftraject, verhoogde weerstand (3'. La, 1.3.4,06.1.b, 6:3.a) 3.2.a /SO ter/droger,element, vsrvuding/bevfleling
Bij het opstellen van de symptoommatrix 'ii de volgende waardenng gebruikt: : Zeer sterke af name of veer kleiner verschil.
: Relatieye at name of kleiner verschil den in 'gezonde' situatie.
0 0,350 'Met beinvloed, invloed onbekend of beinvloeding mode afhankelijk van andere variabelen. 1' : Relatieve toename of groter verschil dan in egezonde" situatie.
-10 t Zeer sterke toename of veel groter verschil.
1.5.a
2.1.a
-10
-1
4.1.a Expansieventiel, kleplunctie, vervuiling/vocht
4.2.a Expansieventiel, verstelmechanisme, lekkage langs klepsteel
4.2. b E x pansi even t i el, verstel mechanis me, lekkage membraan 4.2.c Expansieventiel, verstelmechanisme, lekkage temperatuursensor 4.2.e Expansieventiel, verstelmechanisme, slecht contact temperatuursensor 5.1.a Verdamper, koudemiddelzijdig, olieafzetting
5.1.6 Verdatriper, koudemiddelzijdig, verhoogde weerstand
Verdamper, kouclwaterzijdig, vervuiling/verhoogde weerstand (5.2.a, 5.2.b) 6.2.a Diverse appendages, carterverwarming, ongewenst aan
6.2.b Diverse appendages, carterverwarming, ongewenst uit
Alle andere faalvormen zijn samengevoegd met bovenstaande, of vervallen, otridat dew'
geen symptomen in de gemeten variabelen hebben. De omwerkingen zijn opgenomen in
Bijlage III.
Achter de omschrijving in bovenstaande opsomming zijn de nummers van de met de
betreffende faalvorm samengevoegde faalvormen opgeno men.
N.B. Hiermee is de theoretische symptoommatrix bepaald. In Hoofdstuk 6 wordt
aan de hand van verrichtte metingen met storingssimulaties
eensysteem-symptoommatrix opgezet.
Pagina 14
IICMOS - Koel
De installatie, zoals bier beschreven,
Zoetermeer.
De koelinstallatie voor de airconditioning bestaat
verzorgen de koeling van een watercircuit, waarmee
Op elk van deze koudwatermakers zijn drie identieke
gescheiden koudemiddelcircuits. De koeling van
koelwatercircuit met koeltorens.
De metingen zijn verricht aan een van beide koudwa Enkele gegevens (per koudwatermaker):
Koelvermogen: 270 kW
Elektrisch vermogen:
3 x 27 kW
Koudwatertemperatuur: 6,5° C - 12° CKoelwatertemperatuur: 20°C - 350C
2.
METINGEN AAN EEN
KOELTNSTALLATIE
.r
In dit hoofdstuk warden de installatie waaraan metingen zijn verricht, de gemeten variabelen en de
meetprocedures beschreven.
Beschrijving van de installatie
is geplaatst in de vestiging van Van Buuren-Van Swaay te uit twee identieke koudwatermakers. Deze
in het gebouw wordt gekoeld.
zes-cilinder compressoren gebouwd, met twee
de condensor wordt verzorgd door een
termakers.Van de drie
coinpressoren zijner twee (nummers
I en II) uitgerust met
-uitwendige-capaciteitsregeling op twee cilinders. Deze twee staan parallel
op een van de twee
koudemiddelcircuits. Feitelijk zijn deze compressoren op te vatten
als een
twaalf-cilinder compressor.Zie bijgaand processchema (Figuur 2).
De elektrische opbouw van de machine is zodanig dat steeds bij slechts den van beide geregelde
compressoren de capaciteit wordt geregeld. Hiervoor zal bij de metingen
compressor I worden
c,ebruikt.
a KOUDWAT ER "1111k Alf
miL)Ifti
Mir)
41111 0 11"11 a o o s. 1 KOUDEM I OPEL FREON) 16 TTKOEL WAT ER
ri-1
comp-mx car COndeMilOr F
rte.' Cr oper
A
maomnt iv lop IC,
eo BS
5
Expene event lei
7 Ver damper B Cool, to.- en 9 :toe
weterc I rcul et e0frt,
10
KouCwaterc
1
rcu I et tepee.,
11
Gatlaouwe rCorel I t I on I nen
OP
KOELLUCHT
De compressoren zijn voorzien van een eigen oliecircuit
(Figuur 3). De olie(tandwiel)pomp is aan het einde van
de krukas opgebouwd. Bij compressor I en II is een
drukvereffeningsleiding aangebrachttussen beide carters
(boven het olieniveau). Hierdoor treedt bij beide
compressoren dezelfde carterdruk op, zelfs als een van
de twee is afgeschakeld.
2.2. Doel van de metingen.
ICMOS - Koel
Pagina 17De ingebouwde schakelwals heeft dan de volgende standen:
Deze schakelwals wordt gestuurd door een interne thermostaatregeling op basis van de
intrede-temperatuur van het koudwater, uitgevoerd als een proportionele regeling.
Voor de metingen is het noodzakelijk compressor III af te schakelen. Zie paragraaf 2.3.
Hierdoor blijven de volgende standen over:
Na inbedrijfstellen moet de regelkring z6 worden ingesteld, dat deze werkt met de standen 3, 4,
5 en 6. Hiervoor is het nodig het setpoint van de thermostaatregeling lager in te stellen.
( 1am Lc 2 COmor *sac, 3 01 1 aponv Carter 5 0 I I otoevocr I Opera
Figuur 3 Processchernacompressoren.
De metingen zijn bedoeld om:
I) Inzicht te lcrijgen in kwantitatieve aspecten van de verschillende variabelen
binnen een koelsysteem, in de gezonde situatie.
Te trachten statische verbanden tussen de in- en uitgangsvariabelen vast te leggen, die kunnen
worden gebruikt als referentiewaarde-generator in een diagnoseprogramma.
De bandbreedte van het 'gezonde' signaal in combinatie met de gebruikte sensoren te bepalen.
De praktische problemen aangaande de benodigde sensortechniek in kaart te brengen. Daarbij
zijn het bereik en de gewenste nauwkeurigheid van being.
Een eerste indruk te krijgen van de dynamiek van het proces (tijdconstanten).
Door ingrijpen in de installatie
een beeldte krijgen van de grootte
en onderlinge
verhoudingen van de symptomen bij enkele faalvormen.
I.
4 cilinders: Compressor I draait met twee onbelaste cilinders.2. 6 cilinders: Compressor I draait volbelast.
3. 10 cilinders: Compressor 1 draait deels onbelast en III draait volbelast.
4. 12 cilinders: Compressor 1 en HI draaien beide volbelast.
5. 16 cilinders: Compressor I draait deels onbelast, II en III draaien beide volbelast.
6. 18 cilinders: Compressor I, II, en III draaien volbelast.
1/3. 4 cilinders: Compressor I draait met twee onbelastecilinders.
2/4. 6 cilinders:
Compressor I draait volbelast.5. 10 cilinders: Compressor I draait deels onbelast en II draait volbelast.
2.3. Metingen
Teneinde eenduidige metingen aan de verdamper te kunnen doen wordt compressor
fir
uitgeschakeld. Hierdoor treedt in de -gezamenlijke- verdamper geen verstoring op, en hoeft het
tweede freoncircuit niet gemeten te worden.
De koelwateruittredetemperatuur moet op de leiding direct na de condensor worden gemeten. Dit in verband met de onbekende invloed van de parallelstroorn door de andere -kleinere- condensor. Deze parallelstroom is niet af te sluiten.
De massastromen koel- en koudwater zijn constant verondersteld.
De koelwaterintredetemperatuur is afhankelijk van de buitencondities en de belasting, en kan niet
eenvoudig worden beinvloed.
De koudwaterintredetemperatuur is afhankelijk van de warmtebelasting van het gebouw. Ook hierop
kan niet eenvoudig worden ingegrepen.
Een overzicht van de te meten procesvariabelen, met daarbij de meetplaatsen en de eenheden, is
opgenomen in Tabel IX. De plaatsing van de verschillende opnemers is ook aangegeven in de processchema's in Figuur 2 en Figuur 3. In Bijlage IV worden de praktische uitvoering van de
meetopstelling en de verrichte metingen toegelicht.
Opmerkingen:
Aileen de oliedruk van compressor I is gemeten. De oliedruk compressor II zal zich nagenoeg identiek gedragen omdat het gelijke compressoren zijn met gelijk toerental.
NB: Consequentie is we/ dat alleen het oliecircuit van compressor I ken warden bewaakt.
De numrners 3) en 4) waren bedoeld om nummer 5) te kunnen bepalen. Bij de eerste
metingen is echter gebleken dat dit niet werkzaam is, mede door de beperkte nauwkeurigheid
en grote storingsgevoeligheid van de beschikbare druksensoren. Deze meetpunten zijn daarom
verder niet gebruikt, en de twee druksensoren zijn vervangen door een drukverschilsensor
waarmee meetpunt 5) direct is gemeten.
De carterdruk is in beide machines gelijk omdat de carters zijn verbonden met een -ruime-drukvereffeningsleiding. Daarorn wordt deze maar een maal gemeten.
De verwijzingen naar het gebouwenbeheerssysteern zijn toegelicht in Bijlage IV.
Tabel X Overzicht te me ten variabeien N°: I Parameter; I Symbool: -p Meetplaats:
I; tenheiC
I 1)Zuigdruk.
_ ... zuigafsluiter compressor bar
Oliedruk compr. I Aansluiting manometer/oliedrukbeveiliging bar 'ORA VOW filter:
. M eatiansluiting afaluftervisor fillet
Druk na f4ter Extra meetaanskiittitena filter, v4&mffpn. fuep ...
::,:,,,,,,,,,..,,,_.
Drukval filter 1Meetaansluiting voor en na filter bar
6) Druk na verdamper Pin, -Extra meetaansluiting drukvereffeningsleiding bar
7) Carterdruk Pcar tor 101O-aftapkraanhe bar
8)
_
Persdruk pep IMeetaansluiting persafsluitercompressor !bar
9)
10)
Zuigtemperetuur 9e, Oppervlak zuigleiding voor splitsing °C
Perstemperatuur °co Oppervlak persleiding na samenkomst_ ., °C Olietemperatuur compr.I ols,1 Opperviak carterpan compressor
,
Tr-
--12 Temperatuur freon na condensor--econdi, Opperviak ireonpijp na condensom 'j
I
°Er
13) Temperatuur freon voor expansieventiel _ S 14) .TerriperaftuTvireon voorr verdampek
_
By, 15) Temperatuur na verdamper (bij sensor expansieventiel)O. Oppervlak freonpijpIna wercilemper nabij de
sensor
-1-6) Uittrede koelwatertemp. 1 &kw., Oppervlak koelwaterpijp na candensor
17) ,Inftede koefwatertemp.
. 0,,,.__ liz Gebouwenbeheerssysteem (direct na pomp)
18)
19)
20)
itritteq}kadwatertemp. oil' Gehouwenbeheerssysteem
--1 -de koudwatertemp.
_koudwu '"? Gebouwenbeheerssysteem
10Pgenomenstroom compr. II lo -I Gebouwenbeheerssysteem (meetspoel)
21) Opgenomen stroom compr . II il,. gar Gebouwenbeheerssysteem (meetspoel)
-
-! 22) Referentiespanning voor
aantal cilinders Vrekil
Stand schakelwals via extra terugkoppelpotentiometer
.
2341 Olietemperatuur compr. Ii' _
,
'eche)! Oppervlak carterpan compressor II
I 24), !!0mgevingstemperatuur
_
le i Sensor in ruirnite waar installatie istopgesteld
,ct-411
leMOS
- Koel
Pagina 19Meetaansluiting
5)
11) I
freonpijp voor expansieventiel
Oppervlak freonpijp na expansieventiel
"C
Pagina 20
ICMOS - Koel
!CM OS
- Koel
Pagina 213.
VERWERKING VAN DE MEETRESULTATEN
In rift hoofdstuk worden de resultaten van de metingen en de data-analyse besproken.
3.1. Inleiding
Gedurende enkele weken zijn er meetwaarden verzameld. Tijdens de metingen is niet ingegrepen in het proces of de installatie. De variaties van de verschillende variabelen zijn dus een gevolg van
de natuurlijke variaties in de belasting en de omgevingscondities.
Uit het totale pakket gevonden meetwaarden zijn alleen de meetcycli genomen, waarbij de installatie in bedrijf was.
Het is gebleken dat gedurende korte periodes sommige sensoren (vooral de persdrukmeting
(Meetpunt 8), de cirukverschilmeting (Meetpunt 5)
en de temperatuur na de verdamper
(Meetpunt 15)) geen juiste signalen hebben doorgegeven. In bijna alle gevallen blijkt dit doordat in de opgeslagen database de meetwaarde de maximale of minimale (integer) waarde aanneemt. Ook
de cycli waarin dit is geconstateerd zijn buiten de gebruikte database gehouden.
Bij de verwerking van de metingen is voorbij gegaan aan tijdsafhankelijke effecten. Gesteld wordt
tevens dat de verschillende meetpunten elk een -in de tijd onafhankelijke- evenwichtssituatie
beschrijven. Door deze vooronderstelling is de regressie-analyse statistisch correct. Afwijkingen
van deze voorwaarden moeten bij nabeschouwing van de resultaten echter wel terdege warden
onderkend.
3.2. Keuze ingangsgrootheden
Als ingangsgroothetlen voor het systeem worden beschouwd: intredetemperatuur koelwater (Meetpunt 17);
intredetemperatuur koudwater (Meetpunt 18).
Dit zijn van buiten opgelegde waarden. Zij vormen een basis voor het referentiemodel. Uit analyse
en een eerste beoordeling van de meetresultaten blijkt dat deze twee ingangsgrootheden onvoldoende
informatie bevatten om de toestand van het systeem eenduidig vast te leggen. Zij bepalen namelijk
wel het temperatuurniveau in respectievelijk de condensor en de verdamper
man geven Oen
eenduidige indicatie voor de belasting van het systeem.
a.
Pagina 22
TCMOS - Koel
Als fnaat voor de belasfing kan worden gekozen uit:
de warmtebelasting van de verdamper zoals deze volgt uit de in- en uittrede tenperatuur van het koudwater (de massastroom koudvvater is constant verondersteld);
de door de compressoren opgenomen motorstromen;
het aantal cilinders dat is ingeschakeld. Dit is te bepalefkaan de hand van de motorstromen, en via de stand van de schakelwals.
Nadeel van het gebruik van de warmtebelasting is dat dit
een variabeleis die ook als
uitgangsgrootheid van het koelsysteem kan worden opgevat. Hetzelfde geldt voor de motorstromen. Voor het aantal ingeschakelde cilinders geldt dit bezwaar minder sterk omdat de schakelwals met thermostaat buiten de systeemgrens ligt.
Er is een onderling verband: de warmtebelasting bepaalt de koudwaterintredetemperatuur van de
verdamper, deze temperatuur vomit de basis
voor de regeling van het aantal cilinders. De
motorstroom is afhankelijk zowel van het aantal ingeschakelde cilinders, alsvan de drukverhouding.
De drulcverhouding wordt weer bepaald door de temperatuurniveaus in verdamper en condensor.
Nadeel van het gebruik van de motorstroom is OM dat dit een grootheid is die sterk door de andere
twee ingangsgrootheden wordt beinvloed.
Uit een eerste plot van rneetwaarden (zie Figuur 4 en Figuur 5) blijkt dat banden ontstaan op
-vier-verschillende niveaus.. Daarom ligt
het voor de hand om het aantal
cilinders als extraingangsgrootheid te beschouwen, bepaald op bovenvermelde wijze.
110 1001 96 g 80 ro 60 SD I 101140:01411-40 /Sage 30 20 2U
k- .4r4
ed.% orroef 41... %potion C)
Fitiour 4 Ongecorrigeerde plot van
meetwaarden: + - ekaw5 TM=
1500
Bepaling Van de statische verbanden"
Len van de doelen van de metingen (paragraaf 2.2)is het vastleggen van statische verbanden tussenr
de ingangsgrootheden en de uitgangsgrootheden om als basis voor een referentiewaarde-generator
te dienen.
Voor statistische bewerking is het praktisch om de vier niveaus die ontstaan door de verschillende.
aantallen ingeschakelde cilinders te onderscheiden door de invoer van drie indicatievariabelen:.
Z1, Z2 en Z3 (zie paragraaf V.1.4.).
I
it
41k
Figuor 5 van 1500
De spreiding in de geplotte waarden wordt merle veroorzaakt door het Nit dot tiler de meetwaarden tegen eon invloedsgrootheid zijn uitgezet. De Invloed van de koudwaterintredetemperatuur is in deze plots niet meegenomen.
In Bijlegt V worth kort ingegaan op de theoretische achtergrond van de gebruikte regressie-analyse en de kencijtersAiet
daarbij warden gebruikt. Ook het gebruik van indicatievariabelen worth daarin toegelicht.
plot Ongecorrigeerde meetwaarden: -1-k;:r5 Amor - Use 22 24 -C) 3.3.
!CM OS
- Koel
Pagina 23Als 'onafhankelijke' variabelen ontstaan zo in het eenvoudigste geval:
Ok,; : Intredetemperatuur koelwater
Okwi : Intredetemperatuur koudwater
Z1 : = 1: 4 cilinders in bedrijf, anders Z, = 0
Z2 : = 1: 6 cilinders in bedrijf, anders Z2 = 0
Z3 : = 1: 10 cilinders in bedrijf, anders Z3 Iv- 0
waarbij geldt:
Zi E (0,/)
AZ, + Z2 ± Z3
IHet aantal cilinders wordt afgeleid uit de motorstromen en de spanning over de
terugkoppel-potentiometer. Zie paragraaf 3.5.9.
Bij de uiteindelijke regressie kan het model worden uitgebreid met termen die direct uit deze
meetwaarden zijn afgeleid, zoals log(Tk011d4), (Tkod.)2 en dergelijke, zonder dat hoeft te worden
uitgeweken naar een niet-lineaire regressiemethode.
Voor het kiezen van een geschikt model zijn er twee mogelijkheden: Modelkeuze op basis van fysische kennis.
Modelkeuze op basis van statistische resultaten.
Beide hebben beperkingen. De fysische kennis van de afzonderlijke onderlinge verbanden tussen de in- en uitgangsgrootheden is in veel gevallen beperkt. Algemeen fysisch inzicht aangaande de
processen bat zich moeilijk interpreteren als 'regressiemodel'. Modelkeuze alleen op basis van
statistische informatie leidt snel tot een onoverzienbare hoeveelheid mogelijke combinaties, vooral als meerdere ingangsgrootheden kunnen worden gekozen.
Hier is gekozen voor een gemengde aanpak. In eerste instantie wordt gekeken naar de fysisch
verwachte atlankelijkheden, waarna op beperkte schaal is gevarieerd op basis van de statistische
uitkom sten.
Als variabelen in het model worden altijd de lineaire vormen van de onafhankelijke variabelen
meegenomen. Dit blijkt in het algemeen een goede basis te geven, die slechts in enkele gevallen
uitbreiding behoeft. Bij uitbreiding van het aantal termen zijn alleen die termen gekozen die
aansluiten bij het -bekende- verloop van de verzadigingslijn, zie paragraaf 3.3.1. Hierdoorontstaat slechts een beperkte variatie in de basis voor de berekening van de referentiewaarde.
Naast de variatie van het aantal onafhankelijke variabelen is gekeken naar variatie
in de
voorbewerking van de afhankelijke variabele. Hierbij kan worden gedacht aan het bepalen van een referentiewaardemodel voor de logarit me van de meetwaarden.Algemeen worth voor gemeten temperaturen
die een bewerking ondergaan,
voor zij alsonafliankelijke variabele worden gebruikt, de absolute temperatuur genomen, terwijl voor lineaire
verbanden de temperatuur in gratlen Celcius wordt gehanteerd. Het eerste op basis van fysische
overwegingen, het laatste in verband met de rekennauwkeurigheid van de gebruikte software
(afrondingsfouten worden versterkt door de aanwezigheid van (onnodig) grote termen). Om dezelfde
reden worden (absolute) drukken berekend in bar en drukverschillen in cbar.
In de volgende sub-paragrafen zullen per uitgangsvariabele de resultaten van het modelonderzoek,
het op basis hiervan gekozen -intrinsiek lineaire- model en de uiteindelijke regressieresultaten
(kencijfers en de schatting van de coefficienten) worden gegeven.
In Bijlage VI zijn de resultaten grafisch toegelicht. Hierbij kan worden opgemerkt dat voor alle
gevonden modellen geldt dat de grootste afwijkingen met de gemeten waarden optreden bij
wisseling van het aantal ingeschakelde cilinders. Dit is een vooraf onderkende beperking van deze wijze van modelvorming. Zolang na een capaciteitswisseling nog geen evenwichtssituatie is bereikt geven de gevonden modellen grotere fouten, in de orde-grootte van 10% - 15% (van de gemiddelde
meetwaarde). In evenwichtssituatie zijn de fouten bijna altijd kleiner dan 5%.
-Pagina 24
Meetpunt Zpigclrttli (pz)
Resultaten modelotzdetzoek:
Doordat de oververhitting van het zitiaoas bij benadering constant wordt gehouden door het expansieventiel zal de zuigdruk sterk samenhangen met de verzadigingsdruk bij het
gemiddelde temperatuurniveau in de verdamper. Dit temperatuurniveau wordt vooral
bepaald door de koudwaterintredetemperatuur. Door nu een model te Iciezen dat dezelfde
termen bevat als de verzadigingslijn zoals
die wordt gegeven door de fabrikant
(zie [Du Pont; T-22-51; (12)], pagina 2; hier formule (3.1).) kan
een goede
benadering worden gevoncien.
ICMOS
- 'KoelGekozen model;
log (15a), Po+ 13 ekomdwi + -ekwi +.131,21+134-z, + p -Z3 + 6
tog
(71.0 +
Tkoudwi,
P7
Resultaat regressie: Modelonderzoek:
Kencij fers: r2
= 0,9669
(biji Rog(pc)> s
= 6,032.10
(wordt 0,07 bar bij pc, = 5 bat')F
= 3,959.104
Schatting van de coefficienten:
$o
= 2,903.10'
(so = 7,896.10)
= -1,112.10(s, = 2,618.10-)
/312= 3,491.I0
(s2 = 3,870. I 0-)/33= 3,216.10-2
(53 = 4,075.104) 0.4-= 2,729.10'
(s4= 2,397.10r)
1,136.10-2 (s5= 1,560.10)
Os= 2,897
(s6 = 1,121.10.2) )37 = -9,729.103 (so = 2,101,102) Concluste:Zoals veronclersteld is de invloed van de koudwatertemperatuur het grootst. De coefficient
is negatief, maar omdat de koudwatertemperatuur ook voorkotnt in de logarittnische term
(met positieve coefficient) en in de noemer van de breuk (met negatieve coefficient), komt bij hogere koudwatertemperaturen een hogere zuigdruk uit de berekening.
De coefficient van de koelwaterintredetemperatuurlijkt erg klein. Echter doordatt het model
lb/
(3.2)
'Daze formula wekt eterk de indruk dat Her ook is gewerktmet regressie veer henbepalen van de 'best-fitt.
Het blijkt dat het niet meenemen van de laatste term in een regressie model vow de verzadigingslijn (bepaald vooriet
.diagnoseprogramme, zie Hoofdstuk VIII) slechts een afwijking vannmaximaal 0,4 % bedraagt tussen -60°Cen 95°C.
rlog(p) = co +
c2.1og (Tyr) + c,+ c4.,111og(c5-0,)
Tyr, (3,1)
Gezien het niet-tineaire karakter van de laatste
term in formule (3.1) is deze in het
regressiemodel niet meegenomen. (Het is ook een vrij kleine term, c, is veel kleiner dan
de andere vermenigvuldigingsconstanten (c1 en c3), de breuk OIT en log(c5- ) zijn
Ideinn.)
3.3.1. 1:
,c,
=
een logaritmisch verband beschrijft, is de invloed groter dan op het eerste gezicht
De indicatievariabelen hebben een positieve coefficient, die het grootst is bij de laagste
capaciteit (Z, = 1). De zuigdruk neemt dus
toe met afnemende capaciteit. Dit is inovereenstemming met het verwachte gedrag. 'miners bij lagere belasting zal het
gemiddelde temperatuurniveau in de verdamper stijgen. Bij een hogere gemiddelde
temperatuur hoort een hogere verzadigingsdruk.
3.3.2. Meetpunt 1: Oliedruk (Rdia
Residtaten modelonderzoek:
De gemeten oliedruk bestaat
uit 'de zuigdruk plus de overdruk opgewekt door het
oliepompje. Oindat het astoerental constant is volgt de oliedruk voornamelijk de zuigdruk. Het gekozen regressiernodel is dan rook gelijk aan het voor de zuigdruk gebruikte model.
IGekozen model:
19.g(fide0) ¢0,+ R.2 '71,14 2+13 .ZI1-154.Z2+1135-Z3+ [361og(Tko T P'7 [0.3)
koudwii
Resoluta! regressie:
Modelonderzoek:
Kencij fers: r1
= 0,9754
logolie y)// s 3,797.104 kwbrdt 005 bar lbijf polk = 6 bar)
F = 5,378.10ck
Cot:dusk:-De orde-grootte van alle coefficienten komt overeen met de overeenkomstige coeffidienten
in het model voor de zuigdruk. De benadering is jets nauwkeuriger, waarschijnlijk door de dempende invloed van de olie en de bufferwerlcing van het carter, waardoor bij capaciteitswisselingen de schokken kleiner zijn
en daardoor kleinere fouten in de
benadering worden gemaakt.
Voorbeeld:
Stel de berekende pc, = 5 bar, dan log(pc,) = 0,6990. Stel dat de koelwatertemperatuur van 20°C stijgt tot 30°C, bij,
gelijkblijvende on na. Dan worth de gecorrigeerdeilog(pc,L, = 0,6990 + 3;491.10'4 = 0,6993. De zuigdruk wordt daarbij p01,, = 5,05 bar.
De tout die wordt geintroduceerd door venwearlozing van doze 'arm is dus vanidezelfdi orde-gr2otte als de eqhatOngvoor de standaard-deviatie.
Schatting Can de icoefficienten:
leo
= 2,670.10'
(so = 4;971.1104) fly= -9,858.10'
(si, = 1,648.10)
)32 7,158.10 (s2 = 2,436.10-i> ,33= 2,479.10'
(53 = 2,565.10') 04 1,905.10'(s4 = 1,509.10)
,06= 7,324.10'
(s5 = 9,821.10)
= 2,069
(s6 = 7,045.10-3) = -8504.103 (57 = 1,323.102)bj
"ICMOS ?. KOdil Pagina 25=
)
= =
Dit kan ook worden geschreven als: ( VAPf = Apt = 2 pkrniVkpri 2 1 ,N
P'f,
(1)bn Cf4kni Ilf (3.4) (3.5)omdat de dichtheid van Net vloeibare koudemiddel en de doortocht van her filter constant
zijn.
Het -lineaire- referentiemodel rnoet een schatting geven voor de massastroom koudemiddel.
De massastroom wordt vooral bepaald door het aantal ingeschakelde cilinders. De
zuig-en persdruk zullzuig-en ook, geringere, invloed hebbzuig-en. Dit laatste is in het model verwerkt
door termen met Ok6,i en op te nemen. Uit experimenten is gebleken dat de lit en
log(T) termen tut de modellen voor de pers- en zuigdruk hier geen verbetering geven. Gekozen model:
VAfif - P0 + P 'ekDudw,+P2 .(3Anvi+ P3 -Z1 P5.Z3 (3.6) Resultaat regressie:
Kencijfers: r2
= 0,9882
(voor V(Api)) s = 5,465.10-2 (worth 0,25 cbar bij Apr --= 5 cbar)
F
= 1,365.105
Conclusie:
De gekozen modellering sluit zeer goed aan bij de metingen. De invloed van de koel- en
koudwaterintredetemperaturen in het model is voor beide positief (bij hogere temperatuur een grotere drukval), maar zoals verwacht niet al te groot. De indicatievariabelen hebben
alle drie een negatieve coefficient, die groter wordt met het afnemen van het aantal
ingeschakelde cilinders. Dit komt overeen met de verwachtte daling van de drukval bij
afnemende massastroom. Schatting van de coefficienten:
00
= 2,461
)6.2 = 6,679.10-2 (s1 = = 1,025.10-2) 3,044.10') o2 = 9,103.10-3(s2 = 3,461.10)
o, =-- -1,817 (s3 =- 3,638.10-3) ,34= -1,270
(s, = 2,121.10-)
a,
= -4,129.10-1 (s5 = 1,406.10-3)3.3.3. Meetpunt 5: Drtikval filter (AR)
Resultatert modelonderzoek:
Als het filter kan worden opgevat als een zuivere stromingsweerstand zal de algemene
weerstandswet van toepassing zijn:
3.3.4.
Meetpunt 6: Druk na verdamper (p)
Resultaten modelonderzoek:
Verwacht mag worden dat de druk
na de verdamper gelijk is aan de zuigdruk (zie
paragraaf 3.3.1). Eventuele afwijkingen tussen de resultaten zijn
het gevolg van
afwijkingen in de sensoren. Voor de diagnose is het belangrijk ook deze verschillen in het model op te nemen, omdat de afwijkingen eenzelfde ordegrootte hebben als de verwachte invloed van storingen.
Gekozen model: (gelijk aan formule (3.2)
log = Po+13i0u,iwi +132.ek.÷ 133.z1
ps.z,
136.10g(Ticaudw1) +Tkoudwi
137
ICMOS - Koel
Pagina 27(3.7)
Conclusie:
De overeenkomsten met de zuigdruk zijn inderdaad groot. De nauwkeurigheid is jets
groter. Dit }can twee oorzaken hebben:
de sensor voor de verdamperuittrededruk heeft een kleinere willekeurige fout, of vlak na de verdamper is de invloed van capaciteitswisselingen minder sterk merkbaar
(wisselingen worden enigszins gedempt door de traagheden in de verdamper, die
invloed bij dit ineetpunt groter is).
3.3.5.
Meetpunt 7: Carterdruk
Resultaten modelonderzoek:
Verwacht mag worden dat de druk in het carter gelijk is aan de zuigdruk (zie paragraaf
3.3.1). Verder geldt voor de carterdruk hetzelfde als voor de verdamperuittrededruk, zie
de resultaten van het modelonderzoek in paragraaf 3.3.4. Resultaat regressie:
Kencij fers: r2
= 0,9747
(bij log(p))
s= 5,172.10
F = 5,226.104
Schatting van de coefficienten:
00
= 3,060.10
(wordt 0,06 bar bij p, = 5 bar)
(so = 6,769.10')
/31 = -1,161.10-' (SI = 2,244.10-3) 02= 5,943.10'
(s2 = 3,318.10-5) 03 = 3,145.10-2 (s3 = 3,494.10') 04 = 2,702.10-2 (s4 = 2,055.10') 05 = 8,925.10-3 (s5 = 1,337.104) 06= 2,816
(s6 = 9,607.10-3) )37 = -1,011.104 (s7 = 1,802.102)Paginu 28'
!CMOS
- Koel
Resultaat regressies
Conclusie:
Hiervoor geldt weer hetzelfde als voor de druk
ii de verdamper, zie conclusie
paragraaf 3.3.4.
3.3.6.
Meetpunt 8: Persdruk
(Pe)Resultaten modelondozoek:
De persdruk wordt bepaald door de condensordruk, die afhankelijk is van de gemiddelde condensortemperatuur. Daarnaast zal de druk enigszins afhangen van de belasting en de
zuigdruk. Was er
bijde zuigdruk alleen sprake van de directe invloed van de
verdampertemperatuur (door het regelende karakter van het expansieventiel), hier hebben
beide temperatuurniveaus invloed. Zoals al
in paragraaf 3.3.1
is gebleken is de
verzadigingslijn goed te beschrijven door aan een model voor log(p,) de termen log(T,,)
en 1/T,, toe te voegen naast een constante en een -in Cc - lineaire term. Hier zijn deze
termen voor zowel de koud- als de koelvvaterintredetemperatuur toegevoegd.
Kencijfers. r2 0,9758
10g(P.ner))1 s = 4,992.10r3
F = 5 ,472 .150'
Sdhatting van de icoefficienten:
flo
= 3,233.10'
= -1,217.10"
kwordt 0,06 bar Uij-Niter = 5 bar)
(so = 6,534.101) (s, = 2,166.10-3) 132 7,466.10
($2 = 3,203.10)
$3= 3,190.10
(53 -= 3,372.104) 041 =7 2,511.1O ($4 = 1,984.104)= 9,707.10'
(s5 = 1,291.10-4) 06= 2,774
(so = 9,273.10-3) $7, = -1,055.104 = 1,739.102),Gekozen model: (gelijk dan formule (3.2)
log(ficarter) s-= Po +AI ekoudwi 02-61+Pcz1÷ P 4 vZ2 + P5 + P6 'kg (tlioudwz) 137
(38)
in
=
(bii
=
Gekozen mode,:
logo fig) ,= fib+ fi Tkozama + 02' Thus + p3Z1 +134-Z2 +13523 +
09 136.1og,(Tkouth) + 1137 - +138.10g (Thvi)+ TAwudwt
Ts,
= 4,2907103 (s9 = 4,090. 10.2) Conclusie:Uit analyse blijkt dat een toenamevan zowel de koud- als van koelwaterintredetemperatuur
,een stijging van de persdruk veroorzaakt. De invloed van de koelwatertemperatuur is
echter aanzienlijk groter (1' orde effect).
Afname van het aantal ingeschakelde cilinders leidt tot daling van de peisdruk. Dit wordt
veroorzaakt door het dalende -gemiddelde- temperatuurniveau in de condensor bij
afnemende belasting.
3.3.7. Meetpunt Zuigtemperatuur (0,z)
Resultaten modelonderzoek:
De zuigtemperatuur worth vooral beinvloed door het temperatuurniveau in de verdamper. Voornaamste invloedsfactoren zijn daarom koudwaterintredetemperatuur en het aantal
cilinders. Hiermee wordt limners het gemiddelde temperatuurniveau in de verdamper
vastgelegd. Omdat er bij warmteoverdracht veelal een logaritmisch temperatuurverloop optre,edt en flier gezocht wordt naar de temperatuur na de verdamper, is ook het opnemen van logaritmische termen in het model, en/of het bepalen van een referentiemodel voor de
logaritme van de zuigtemperatuur overwogen. Bij het modelonderzoek is gebleken dat
logaritmische termen echter slechts marginale verbetering geven; hetzelfde geldt voor he igebruik van de logaritme van de zuigtemperatuur als afhankelijke variable..
(3.9)
Resultuat regressie:_
Kencijfers: r2 n= 0,9821
(bij log(pcp)) s 4,889.10-3
F = 6,382.104
Schatting van de coefficienten:
= -1,419
,(wordt. 0,11' bit
pc a 15 bar)
(so = 1,619) a, = 1,686.10-3 (s, = 2,122.10-3) 02 = -8,169.103 (s2 = 4,534.10-) 03 = -1,145.10
(s3 = 3,312.101
134 a -7,675.10-2 (54 = 1,945.101 a, -=-2,684.10
(s5 = 1,295.10)
o,
a 8,915.10-'
(so = 9,127.100,o,
= -8,124.10' (s-, = 1,703.102) o.= 2,105
(so = 9,209 .10-3)bji
_IICMOS - Koel
Pagina 299:
Pagina 30 'ICMOS - Koel
Vekozen model:
Con dusk:
De zuigtemperatuur wordt voornamelijk bepaald door de koudwaterintredetemperatuur en
de belasting. De invloed van de koelwatertemperatuur is zeer klein en de correlatie niet
'erg groot. In verband met de uniformiteit van de modellen wordt de invloed van de
koelwatertemperatuur Met verwaarloosd of weggelaten Lift het model.
3.3.8.
Meetpunt 10: Postemperatuiir
Resultaten modelondeaoek:
De perstemperatuur worth vooral bepaald door de belasting. Uit experimenten gebleken
dat het eenvoudigste model de beste benadering geeft. Een van de redenen daarvoor is de
in
het algemene deel van deze paragraaf
aangegeven beperlcing van de gekozenmodelvorming voor wat betreft het beschrijven van de tijdsafhankelijke effecten in de
thstallatie. Statische modellen met meer en complexere termen geven mede daarom slechts zeer marginale (en veelal negatieve) verandefingen in de statistische resultaten.
.(3.1D Schatting,vari de coefficienten: ao -7,614.101 (so = 5,734.10-2) al
= 1,056
(si = 1, 703. 10-3) a, -= 2,448.10, (s2 = 1,936.103) $3 )5.4 ==
1,787 1,680 (53 = ($, = 2,035.10-2) 1,186.10-2) as, =- 3,854.101 ($5 = 7,867.100)ea
= 11304-P(0k° 2 Resultaat regressie: Kencijfers: r2= 0,9829
s= 0,3057
F= 9,341.10'
(3.10) p3-z1 +134.z2 +13523, (°C) iGekozen model:ecp Po÷P felkoudwitP2 133;Z, +43 4.Z2 +135-Z3i
-ilesultaat regreksie;
Kencijfers: r2
= 0,9467
= 1,095
(°C)F 2,894.104
Schatting van de coefficienten:
So
= 5,454.10
(so = 2,054.104)= -1,674.10
'(s1 = 6,100.10-3)5 02 1,140 i(s2 = 6,936.10) 03 = -1,245.10' = 7,291.10.2) 04 -1,167.10u (54 = 4,251.10-2)= -2,453
(s5 = 2,819.10-2)(6,)
is cp = = = (s3 = + =Conclusie:
De perstemperatuur worth vooral bepaald door het aantal ingeschakelde cilinders. Bij
lagere capaciteit daalt de persdruk (zie paragraaf 3.3.6), en daarrnee de perstempera.tuur.
Bij stijgende koudwaterintredetemperatuur daalt de perstemperatuur, zij het relatief weinig. Een stijgende koelwaterintredetemperatuur geeft een verhoging van de perstemperatuur. De schatting voor de standaard-deviatie (s) lijkt groot maar moet worden gezien in relatie met het relatief hoge temperatuurniveau van 70°C tot 90°C.
3.3.9. Meetpunt 11: Olietemperatuur
compressor I (0e)
Resultaten modelonderzoek:De olietemperatuur is athankelijk van de belasting en de koeling door het zuicYcas. Op grond hiervan mag een behoorlijke invloed van de koudwaterintredetemperatuur worden
verwacht. Gekozen in
e(Ate,/ = Po +P 1. koudivi P 1.6kwi 33Z1 Z1 P Zi
P 5.;
Resultaai regressie:Kencijfers: r-
= 0,6537
= 1,473
(°C)F
= 3,073.10'
Schatting van de coefficienten:
0(,
= 2,729.10'
(so = 2,762.10)
31= 3,442.10'
(s1 = 8,202.10-3) 32= 2,278.10"
(s2 = 9,326.10-3) 03= 1,525
(s3 = 9,803.10-2) -1,984 (s, = 5,715.10-2) = 05= 3,441
(s5 = 3,789.10'2) (3.12) Conclusie:Uit het modelonderzoek is geen sterk verband naar voren gekomen. Bovenstaande
resultaten zijn de beste die bereikt kunnen worden binnen de modelvariaties.
Uit de grafiek van de font in de schatting,
tegen de berekende waarde voor(Figuur 41 in Bijlage VI) blijkt dat het gekozen model niet voldoet. Het is Met gelukt
termen te ontdekken waarmee het model beter passend kan worden gemaakt. Oorzaak van
de slechte benadering is mede de ineetmethode (een -geisoleerd- thermokoppel op de
buitenzijde van het carter) waardoor hysterese is ingebouwd in de meetkring en waarme,e
externe invloeden (omgevingstemperatuur, strafing van andere machines) relatief veel
invloed kunnen hebben. Daarnaast is de olietemperatuur een maat voor de temperatuurvan
de gehele compressor met motor. De tijd die nodig is voor opwarmen en afkoelen zal extra
hysterese in de meting veroorzaken.
3.3.10. Meetpunt 12: Uittredetemperatour
condenser (freon, °cadu)Resultaten modelondeizoek:
Hierbij geldt eenzelfde redenering als bij de zuigtemperatuur (paragraaf 3.3.7). Het
modelonderzoek geeft vergelijkbare resultaten.
Gekozen model:
condu P 0 4. P 1. koudwi 132 .8kwi +133'Zi 04'; +135.2.3
Resultaat regressie:
Kencijfers: r2
= 0,9723
= 0,4834 Co
(3.13)
Co n clu sie:
Net aantal ingeschakelde cilinders is weer de belangrijkste invloedsfactor. Vermindering van de capaciteit geeft een verlaging van de condensoruittredetemperatuur.
Ben hogere koelwaterintredetemperatuur geeft een bijna evenredig hogere
condensor-uittredetemperatuur. De invloed van de koudwaterintredetemperatuuris boven verwachting
groot. Een hogere koudwatertemperatuur geeft een hogere condensoruittredetemperatuur.
Hierbij kan hetzelfde worden opgemerkt als bij
de peralruk (paragraaf 3.3.6): de
koudvvaterintredetemperatuur is ook een maat voor de belasting.
3.3.11. Meetpunt 13: Intredetemperatuur expansieventiel (freon, 0)
Resultaten modelonderzoek:
In de gezonde toestand mag deze temperatuur niet te veel afwij ken van de temperatuur na
de condensor. Net gedrag kan jets afwijken door verschillen in warmteopname en externe beinvloeding van de -oppervlakte- sensoren bij verschillende belastingstoestanden. Ook de geringe drukdaling in de vloeistofleiding (met filter) beinvloedt het gedrag enigszins. Het
gekozen model is gelijk
aan het model dat is gebruikt voor de temperatuur na de
condensor. Gekozen model: expi = 0 + P 1.6 P 2.6kwi P 3.2 .1+ 4. Z 2 4. P 51'3 Resultaat regressie: Kencijfers: r2
= 0,9682
s= 0,5271 (' C)
F = 4,949.104 (3.14)Schatting van de coefficienten:
= 1,361.10'
(s,, = 9,886.10-2) 3,= 3,016.10'
(s, = 2,936.10)
02= 8,204.10-'
(s2 = 3,338.10)
03 = -8,550 (s3 = 3,509.10.2) 134 = -6,108 (s4 = 2,046.10-2) )35 = -2,0151 (s5 = 1,356.10.2) F= 5,706.104
Schatting van de coefficienten:
00
= 1,350.10'
(so = 9,066.10') /3!= 3,038.101
(s, = 2,692.10-3) 02= 8,179.10'
(s2 = 3,061.10-s) 03 = -8,451 (s3 = 3,218.102) 04 = -5,931 (s4 = 1,876.102) 05 = -1,961 (ss = 1,244.10-2)Pagina 32
ICMOS
- Koel
bj
+
