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一种冷机组冷媒流量控制方法

阅读:394发布:2020-05-12

专利汇可以提供一种冷机组冷媒流量控制方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种冷 水 机组冷媒流量控制方法,冷水机组运行过程中, 控制器 实时计算 电流 占据满负荷电流百分比RLA;同时,根据当前机组状态,从 压缩机 工况与主节流装置的体积流量对应地图关系确定相对应的体积流量;然后根据电流占据满负荷电流百分比RLA和体积流量确定相应的目标液位区间;最后,控制器应用PID控制方法根据压缩机负荷变化自动调整 冷凝器 液位目标,将冷凝器液位目标控制在对应的冷凝器目标液位区间中,以便间接控制 蒸发 器 液位。解决传统液位控制下部分负荷下性能低的问题,改善 蒸发器 液位无法稳定控制的 缺陷 ,提高蒸发器的换热效率。,下面是一种冷机组冷媒流量控制方法专利的具体信息内容。

1.一种冷机组冷媒流量控制方法,所述冷水机组至少包括压缩机冷凝器蒸发器、控制器、冷凝器侧设置的液位传感器,以及在冷凝器和蒸发器之间设置的主节流装置;其特征在于:
设定压缩机满负荷时的冷凝器液位为最高液位目标,将冷凝器液位占据满载液位的比例从最高液位目标到最低液位目标划分为至少两个不同的目标液位区间,且包括一个定液位控制区间和至少一个变液位控制区间,定液位区间的起点大于或等于变液位区间的终点;相应的,将压缩机负荷按照负荷参数占据满负荷百分比由0至满负荷划分为至少两个不同负荷区间,一个负荷区间与定液位控制区间对应,至少另一个负荷区间与变液位控制区间对应;
冷水机组运行过程中,控制器实时计算并判断压缩机负荷区间,选择液位控制方式并根据压缩机负荷区间确定相应的目标液位区间;控制器根据压缩机负荷变化,应用PID控制方法自动调整冷凝器液位到达对应的冷凝器目标液位区间中,以便间接控制蒸发器液位。
2.根据权利要求1所述的冷水机组冷媒流量控制方法,其特征在于:所述目标液位区间的划分需保证蒸发器在满负荷下将大部分冷媒保留在冷凝器中,而在部分百分比负荷条件下,将大部分冷媒放置在蒸发器中;冷凝器液位最低液位目标需大于0。
3.根据权利要求1所述的冷水机组冷媒流量控制方法,其特征在于:压缩机负荷区间与冷凝器液位目标区间按如下方式大致对应:
压缩机负荷区间为定液位控制区间时,以最高液位目标为定值进行定液位液位控制;
压缩机负荷区间为变液位控制区间时,将变液位控制区间划分为至少三个不同的负荷区间,分别选择进入,实现变液位控制方式。
4.根据权利要求3所述的冷水机组冷媒流量控制方法,其特征在于:三个不同的负荷区间分别如下:
压缩机处于第一负荷区间时,对应第一液位目标区间为:液位目标区间最低液位目标~第一档液位目标;
压缩机处于第二负荷区间时,对应第二液位目标区间为:第一档液位目标~第二档液位目标;
压缩机处于第三负荷区间时,对应第三液位目标区间为:第二档液位目标~最高液位目标;
第三负荷区间的终点与定液位控制区间的起点重合为临界负荷。
5.根据权利要求1-4之一所述的冷水机组冷媒流量控制方法,其特征在于:压缩机负荷由压缩机电流占据满负荷电流百分比来衡量,相应的将压缩机负荷按照负荷参数占据满负荷百分比划分为至少两个负荷区间;或者,压缩机负荷由蒸发器或冷凝器进出水温差占据满负荷时蒸发器或冷凝器的进出水温差百分比来衡量,相应的将压缩机负荷按照负荷参数占据满负荷百分比划分为至少两个不同负荷区间。
6.根据权利要求5所述的冷水机组冷媒流量控制方法,其特征在于:第一负荷区间为0%~50%;第二负荷区间为50%~75%;第三负荷区间为75%~临界负荷;定液位控制区间为:临界负荷~100%;相对应的,第一液位目标区间为25%~35%;第二液位目标区间为:35%~40%;
第三液位目标区间为:45%~50%。
7.根据权利要求6所述的冷水机组冷媒流量控制方法,其特征在于:根据当前机组状态,控制器计算该状态下对应的体积流量;然后根据压缩机负荷区间和体积流量从液位目标区间中确定精确的冷凝器液位目标。
8.根据权利要求7所述的冷水机组冷媒流量控制方法,其特征在于:根据不同的压缩机建立压缩机工况与主节流装置的体积流量对应地图关系并储存在控制器中;压缩机工况与主节流装置体积流量对应地图关系为:
V ==f(A,IGV, S);其中,体积流量V与A,IGV, S均为正相关,即体积流量V随着A,IGV, S的增大而增大;其中,A为压缩机吸排气口的吸排气温度,IGV为压缩机进口导叶流通面积,S为压缩机转速。
9.根据权利要求1或8所述的冷水机组冷媒流量控制方法,其特征在于:所述PID控制方法步骤为:
给定液位目标区间后,控制器根据不同液位目标区间,采用PID控制算法调节主节流装置的开度;主节流装置的开度根据当前液位与目标液位区间的差值进行PID调节, 控制冷凝器液位在目标值±3%范围内;通过调整冷凝器液位调整蒸发器液位,保证蒸发器效率。
10.根据权利要求9所述的冷水机组冷媒流量控制方法,其特征在于:蒸发器或冷凝器液位异常时,迅速进行保护性调节,快速调节电子膨胀EXV和压缩机负荷;当液位异常时,机组将会通过判断蒸发压以及冷凝压力的数值,迅速调整电子膨胀阀的开度,来确保压缩机的安全。

说明书全文

一种冷机组冷媒流量控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及制冷换热技术领域,具体涉及一种冷水机组冷媒流量控制方法。

背景技术

[0002] 随着冷水机组节能产品标准GB19577的发布,综合性能评价的概念引入,部分负荷效率越来越受到重视。 节能指标也是由满负荷评价改为综合负荷性能评价的评价。
[0003] 传统的冷媒流量控制方法采用冷凝器液位传感器(或蒸发液位传感器)配合电子膨胀EXV再加上控制器的组合作为硬件基础,固定冷凝器的液位目标(也即现有技术中的液位控制中,目标液位一直是恒定的),通过PID调节电子膨胀阀EXV实现固定液位目标。这种方案的弊端在于:部分负荷条件下,满液式蒸发器由于池沸腾的作用减弱,蒸发器中,媒的液位降低,部分换热管没有与冷媒接触,此时无法进行液位目标为定值的控制,由此导致换热效率恶化,导致部分负荷下机组性能差。这种情况在50%,25%负荷下(负荷占满负荷比例),差异最为明显。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题在于:提供一种冷水机组冷媒流量控制方法,解决传统液位控制下部分负荷下性能低的问题,提高蒸发器的换热效率。
[0005] 为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:一种冷水机组冷媒流量控制方法,所述冷水机组至少包括压缩机、冷凝器、蒸发器、控制器、冷凝器侧设置的液位传感器,以及在冷凝器和蒸发器之间设置的主节流装置;其特征在于:
设定压缩机满负荷时的冷凝器液位为最高液位目标,将冷凝器液位占据满载液位的比例从最高液位目标到最低液位目标划分为至少两个不同的目标液位区间,且包括一个定液位控制区间和至少一个变液位控制区间,定液位区间的起点大于或等于变液位区间的终点;相应的,将压缩机负荷按照负荷参数占据满负荷百分比由0至满负荷划分为至少两个不同负荷区间,一个负荷区间与定液位控制区间对应,至少另一个负荷区间与变液位控制区间对应;
冷水机组运行过程中,控制器实时计算并判断压缩机负荷区间,选择液位控制方式并根据压缩机负荷区间确定相应的目标液位区间;控制器根据压缩机负荷变化,应用PID控制方法自动调整冷凝器液位到达对应的冷凝器目标液位区间中,以便间接控制蒸发器液位。
[0006] 进一步的,所述目标液位区间的划分需保证蒸发器在满负荷下将大部分冷媒保留在冷凝器中,而在部分百分比负荷条件下,将大部分冷媒放置在蒸发器中;冷凝器液位最低液位目标需大于0。
[0007] 进一步的,压缩机负荷区间与冷凝器液位目标区间按如下方式大致对应:压缩机负荷区间为定液位控制区间时,以最高液位目标为定值进行定液位液位控制;
压缩机负荷区间为变液位控制区间时,将变液位控制区间划分为至少三个不同的负荷区间,分别选择进入,实现变液位控制方式。
[0008] 进一步的,三个不同的负荷区间分别如下:压缩机处于第一负荷区间时,对应第一液位目标区间为:液位目标区间最低液位目标~第一档液位目标。
[0009] 压缩机处于第二负荷区间时,对应第二液位目标区间为:第一档液位目标~第二档液位目标;压缩机处于第三负荷区间时,对应第三液位目标区间为:第二档液位目标~最高液位目标;
第三负荷区间的终点与定液位控制区间的起点重合为临界负荷。
[0010] 进一步的,压缩机负荷由压缩机电流占据满负荷电流百分比来衡量,相应的将压缩机负荷按照负荷参数占据满负荷百分比划分为至少两个负荷区间;或者,压缩机负荷由蒸发器或冷凝器进出水温差占据满负荷时蒸发器或冷凝器的进出水温差百分比来衡量,相应的将压缩机负荷按照负荷参数占据满负荷百分比划分为至少两个不同负荷区间。
[0011] 进一步的,第一负荷区间为0%~50%;第二负荷区间为50%~75%;第三负荷区间为75%~临界负荷;定液位控制区间为:临界负荷~100%;相对应的,第一液位目标区间为25%~35%;第二液位目标区间为:35%~40%;第三液位目标区间为:45%~50%。
[0012] 进一步的,根据当前机组状态,控制器计算该状态下对应的体积流量;然后根据压缩机负荷区间和体积流量从液位目标区间中确定精确的冷凝器液位目标。
[0013] 进一步的,根据不同的压缩机建立压缩机工况与主节流装置的体积流量对应地图关系并储存在控制器中;压缩机工况与主节流装置体积流量对应地图关系为:V ==f(A,IGV, S);其中,体积流量V与A,IGV, S均为正相关,即体积流量V随着A,IGV, S的增大而增大;其中,A为压缩机吸排气口的吸排气温度,IGV为压缩机进口导叶流通面积,S为压缩机转速。
[0014] 进一步的,所述PID控制方法步骤为:给定液位目标区间后,控制器根据不同液位目标区间,采用PID控制算法调节主节流装置的开度;主节流装置的开度根据当前液位与目标液位区间的差值进行PID调节, 控制冷凝器液位在目标值±3%范围内;通过调整冷凝器液位调整蒸发器液位,保证蒸发器效率。
[0015] 进一步的,蒸发器或冷凝器液位异常时,迅速进行保护性调节,快速调节电子膨胀阀EXV和压缩机负荷;当液位异常时,机组将会通过判断蒸发压以及冷凝压力的数值,迅速调整电子膨胀阀的开度,来确保压缩机的安全。
[0016] 进一步的,所述主节流装置为电子膨胀阀EXV。
[0017] 由此,本发明,提供一套全新的冷水机组冷媒流量控制方法。采用在冷凝器侧设置液位传感器,配合EXV电子膨胀阀作为主节流装置,同时冷凝器的液位目标根据运行工况的变化实时调整。解决了传统液位控制下,部分负荷下性能低的问题。通过主动控制算法,PLC准确预判压缩机的负荷,计算压缩机在不同负载条件下冷凝器目标液位,不同的压缩机和不同的工况下,目标液位区间不同;同时应用经典的PID控制算法实现动态目标。 满负荷设定最高液位目标,机组运行过程,判断压缩机负载,逐步调整为该工况对应的冷凝器液位目标。将足够的冷媒流入蒸发器,提高蒸发压力,提高效率。此办法尤其对于磁悬浮变频离心机组,效果更佳。
[0018] 相对于现有技术,传统的满液式蒸发器的难点在于控制蒸发器吸气带液险。 蒸发器液位控制为直接液位控制,冷凝器液位控制为通过间接控制蒸发器液位来实现,此种情况下因为蒸发器液位波动剧烈,工况变化条件下,为避免吸气带液,冷凝器液位采用间接控制容易造成液位不精确。而本发明通过直接控制冷凝器液位达到精确控制,同时通过控制冷凝器液位来控制保证蒸发器液位在安全范围内,降低压缩机带液风险。冷凝器液位控制目标随压缩机负荷自动变化,提高蒸发器部分负荷换热效率。
[0019] 此外,由于实际运行时,蒸发器液位变化剧烈而导致的实际液位不稳定,所以很难将实际液位与目标液位进行比较, 需要复杂的控制规律控制使蒸发器液位尽快稳定。而本发明根据压缩机在不同的IGV,转速下,体积流量对应的EXV理想开度,建立了压缩机工况与体积流量的对应地图关系,为快速稳定控制蒸发器液位提供了依据。
[0020] 最后,在用户侧水温剧烈变化条件下,电子膨胀阀EXV的开度和液位目标的匹配难度大;因而无法仅仅通过控制电子膨胀阀开度来直接在蒸发器上进行PID控制,而本发明通过自动识别压缩机处于何种负荷区间的方法来获取液位目标区间,将液位目标与电子膨胀阀EXV的开度控制精确匹配。
[0021]附图说明
[0022] 图1位本发明冷水机组冷媒流量控制方法其中一个实施例所采用的冷水机组系统结构图。
[0023] 其中,附图标记对应如下:主供电源1、启动柜至压缩机间的主供电2、启动柜3、启动柜至微控柜间的通讯线4、微控柜5、微控柜至机组各电气件间的通讯线6、截止阀7、液位传感器8、冷凝器9、排气止逆阀10、压缩机11、电子膨胀阀12、蒸发器13。
[0024] 图2为本发明的控制流程图

具体实施方式

[0025] 根据本发明实施的冷水机组冷媒流量控制方法所采用的冷水机组系统结构如图1所示,主要包括冷凝器9、蒸发器13、压缩机11,装有控制器的微控柜5,其中,冷凝器9、蒸发器13连通且在通路上设置截止阀7和电子膨胀阀12,压缩机11蒸发器13连通,压缩机11通过排气止逆阀10与冷凝器9连通;启动柜3连接主供电源1,并通过启动柜至压缩机间的主供电2与压缩机11连接,启动柜3通过启动柜至微控柜间的通讯线4与微控柜5信号连接,微控柜5通过微控柜至机组各电气件间的通讯线6与各传感器和阀控元件信号连接。主节流装置为电子膨胀阀12。
[0026] 在图中未示出但本领域技术人员应该明确的是,还设置温度传感器、压力传感器和压缩机负荷传感器, 本实施例中优选温度传感器设置在压缩机吸排气口,压缩机负荷传感器设置在微控柜5中。压缩机负荷传感器的作用是采集电流百分比,温度传感器作用是采集压缩机吸排气口的吸排气温度A,还有压力传感器采集压缩机吸排气口的压力,以此来计算机组的制冷剂循环量,循环量小说明负荷小。蒸发器在满负荷下,由于池沸腾剧烈,同时为了避免吸气带液的问题,需要将大部分冷媒保留在冷凝器中。部分负荷条件下,池沸腾减弱,需要将大部分冷媒放置在蒸发器中,提高换热效率。
[0027] 本发明根据不同的压缩机,设定压缩机满负荷时的冷凝器液位为最高液位目标,将冷凝器液位占据满载液位的比例从最高液位目标到最低液位目标划分为至少两个不同的目标液位区间,且包括一个定液位控制区间和至少一个变液位控制区间,定液位区间的起点大于或等于变液位区间的终点;相应的,将压缩机负荷按照负荷参数占据满负荷百分比由0至满负荷划分为至少两个不同负荷区间,一个负荷区间与定液位控制区间对应,至少另一个负荷区间与变液位控制区间对应;冷水机组运行过程中,控制器实时计算并判断压缩机负荷区间,选择液位控制方式并根据压缩机负荷区间确定相应的目标液位区间;控制器根据压缩机负荷变化,应用PID控制方法自动调整冷凝器液位到达对应的冷凝器目标液位区间中,以便间接控制蒸发器液位。
[0028] 压缩机负荷区间与冷凝器液位目标区间按如下方式大致对应:压缩机负荷区间为定液位控制区间时,以最高液位目标为定值进行定液位液位控制;
优选压缩机负荷区间为定液位控制区间时,以最高液位目标为定值偏差±2%进行定液位液位控制;
压缩机负荷区间为变液位控制区间时,将变液位控制区间划分为至少三个不同的负荷区间,分别选择进入,实现变液位控制方式。
[0029] 进一步的,三个不同的负荷区间分别如下:压缩机处于第一负荷区间时,对应第一液位目标区间为:液位目标区间最低液位目标~第一档液位目标。
[0030] 压缩机处于第二负荷区间时,对应第二液位目标区间为:第一档液位目标~第二档液位目标;压缩机处于第三负荷区间时,对应第三液位目标区间为:第二档液位目标~最高液位目标;
第三负荷区间的终点与定液位控制区间的起点重合为临界负荷。本发明优选临界负荷为75%~83%中的一个值。
[0031] 压缩机负荷由压缩机电流占据满负荷电流百分比来衡量,相应的将压缩机负荷按照负荷参数占据满负荷百分比划分为至少两个负荷区间;或者,压缩机负荷由蒸发器或冷凝器进出水温差占据满负荷时蒸发器或冷凝器的进出水温差百分比来衡量,相应的将压缩机负荷按照负荷参数占据满负荷百分比划分为至少两个不同负荷区间。
[0032] 具体为:压缩机负荷由压缩机电流占据满负荷电流百分比来衡量,将压缩机电流占据满负荷电流百分比由0至满负荷划分为至少两个负荷区间,电流占据满负荷电流百分比RLA与冷凝器液位目标区间按如下方式大致对应:电流占据满负荷电流百分比RLA为临界值~100%时,对应液位目标区间为:最高液位目标的定液位控制;
电流占据满负荷电流百分比RLA为75%~临界值时,对应液位目标区间为:第二档液位目标~最高液位目标;
电流占据满负荷电流百分比RLA为50%~75%时,对应液位目标区间为:第一档液位目标~第二档液位目标;
电流占据满负荷电流百分比RLA为0%~50%时,对应液位目标区间为:液位目标区间最低液位目标~第一档液位目标。
[0033] 或者,压缩机负荷由蒸发器或冷凝器进出水温差占据满负荷时蒸发器或冷凝器的进出水温差百分比来衡量,将压缩机负荷由0至满负荷划分为至少两个不同负荷区间,此时,压缩机负荷与冷凝器液位目标区间按如下方式大致对应:蒸发器或冷凝器进出水温差占据满负荷时蒸发器或冷凝器的进出水温差百分比为临界值~100%时,对应最高液位目标的定液位控制;
蒸发器或冷凝器进出水温差占据满负荷时蒸发器或冷凝器的进出水温差百分比为75%~临界值%时,对应液位目标区间45%~50%;
蒸发器或冷凝器进出水温差占据满负荷时蒸发器或冷凝器的进出水温差百分比为50%~75%时,对应液位目标区间35%~40%;
蒸发器或冷凝器进出水温差占据满负荷时蒸发器或冷凝器的进出水温差百分比为0%~50%时,对应液位目标区间25%~35%。
[0034] 进一步的,在确定了液位区间后,根据当前机组状态,控制器计算该状态下对应的体积流量;然后根据电流占据满负荷电流百分比RLA和体积流量从液位目标区间中确定精确的冷凝器液位目标。计算体积流量具有不同的方式,本发明进一步优选根据不同的压缩机建立压缩机工况与主节流装置的体积流量对应地图关系并储存在控制器中;压缩机工况与主节流装置体积流量对应地图关系为:V ==f(A,IGV, S);其中,体积流量V与A,IGV, S均为正相关,即体积流量V随着A,IGV, S的增大而增大;其中,A为压缩机吸排气口的吸排气温度,IGV为压缩机进口导叶流通面积,S为压缩机转速。
[0035] 给定液位目标区间后,电子膨胀阀EXV的开度根据当前液位与目标液位区间的差值进行PID调节, 控制冷凝器液位在目标值±3%范围内;根据不同液位目标,PID控制算法调节主节流装置电子膨胀阀12。
[0036] 因此,本发明冷水机组运行过程中,控制器通过压缩机实时运行的电流百分比、以及压缩机进口导叶( Inlet guide vane,后简称IGV)的流通面积、压缩机转速S,压缩机吸排气口的吸排气温度A实时判断压缩机的负载,再根据体积流量和前述的电流占据满负荷电流百分比RLA确认当前运行工况的液位目标区间;然后主动的根据负载大小,调整冷凝器液位目标,从而间接调整蒸发器液位,保证蒸发器效率。
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