专利名称：检测离心式压缩机喘振的方法
技术领域：
本发明一般涉及地制冷系统。更具体地说，本发明涉及构成制冷系统整体所需要的离心式压缩机的喘振的检测方法。
背景技术：
喘振是发生在压缩机中，包括用于制冷系统的离心式压缩机中的一种不稳定的工作状态。这种状态可能由压缩器出口压力的增减或者由于进入压缩机中的气流的减少而引起。这些情况可能由于制冷系统的缺乏维修或者系统元件的故障或者人为差错引发。无论是在出现的次数上或出现的规模上，过度的喘振都可能导致对压缩机的损害或者使之完全失效。喘振也导致制冷系统的运行效率不高而造成过多的功率消耗。
剧烈的喘振可以通过对运转中压缩机的观察和对本领域的知识的掌握而被检测出来，但是压缩机在喘振状态可能在很小振动的情况下运行。在本技术领域中，检测离心式压缩机的喘振情况的各种方法是已知的。检测压缩机喘振的一个方法就是通过在压缩机上或者在靠近压缩机处装配振动检测器，以自动检测在喘振情况下压缩机的振动，从而监控压缩机的振动。这种方法的缺点包括需要一个极为灵敏的振动传感器以及在压缩机启动期间的误喘振指示。
另一种检测喘振的方法是通过监控邻近压缩机的流差和压差，如同在美国专利No.3,555,844中公开的那样，在此处被结合引用。检测喘振的一个替换方式在美国专利No.2,696,345中公开，在此引入作为结合参考，并且其给出了监控叶轮上游温度以检测在严重喘振之前发生的温升的教导。同一篇专利公开了一种通过监控轴流式压缩机排放口上的温度来检测喘振的方法。然而，如同在美国专利No.4,363,596中提到的那样，在冷冻剂压缩机中监控排放处的温度毫无效果，因为在压缩机处于喘振状态时，由于流向排放处的流体基本上断流，从而导致上述的压缩机的排气温度是事实上是降低的。
美国专利No.4,363,596给出了检测喘振的方法的教导，该方法通过测定压缩机叶轮腔内部空间中，和通过叶轮的气体流径的外部的超过预定值的温升来来检测喘振。说明书叙述了当压缩机发生喘振时，由于压缩机效率降低以及气流的减少而使带走的热量减少，导致了高出正常工作温度的温升。该方法的缺点就是其在叶轮腔内部的一个位置测量温升，并没考虑到即使当没有发生喘振，压缩机运行状态的不同也可能使该位置处的温度发生改变。例如，启动情况可能给出误喘振读数。
在美国专利No.4,151725中公开的系统中，通过监控在冷凝器排出管道中制冷剂的温度，排出蒸发器的饱和制冷剂的温度，从制冷器的蒸发器中排出的冷却水的温度，以及入口导流叶片的位置，如果不遇到喘振问题的情况下，控制系统的效率得到极大地提高。基于前述四个参数和一个设定点温度输入，该在美国专利No.4,151,725中描述的控制系统，通过调整压缩机的速度及叶片的位置有效地调节了该制冷系统。本领域的技术人员可以认识到测量到的温度不太可能受到初始喘振的影响。
美国专利No.5,746062公开了通过感测压缩机的吸入压力和排出压力来检测离心式压缩机中的喘振的方法。该专利也公开了通过监控施加到驱动压缩机的变速电动机的电流进行的喘振检测。对本领域的技术人员来说很明显，系统负荷的突然改变，未必与喘振有关，也能影响到施加到发动机上的电流，因此增加了喘振误检正检测的可能性。本专利也给出了利用压力传感和电流传感技术来检测喘振的教导。美国专利No.5,746,062在此处引入作为参考。
现有检测与制冷系统一体化的离心式压缩机的喘振的方法是集中监控压缩机附近的状况。上述系统的一个缺点就是由于受定位的影响产生大量喘振误检正示数，瞬态效应通常未必表现出喘振。
发明概述本发明包括引入了远离制冷系统中离心式压缩机的直接邻近位置的工况，以提供一种检测压缩机喘振的准确方法。本发明一方面使用传感器检测在压缩叶轮入口处的吸入温度和蒸发器水温之间温差。本发明另一方面将吸入温度和蒸发器水温之间的温差与相应于制冷系统各种工作条件的数据点相比较。通过利用整个制冷系统的一系列更宽范围的运行条件以断定是否有喘振状况存在，本发明减少了系统瞬变情况的影响。
附图简要描述
图1是根据本发明第一个具体实施方式
的喘振检测系统的原理图。
图2是图1中喘振检测系统详细原理图。
图3显示出根据本发明的使用的一系列示范性的温度测定数据的示图。
优选实施方案的详细说明本发明有关于用于检测压缩机驱动系统中的压缩机喘振的方法和装置。压缩机驱动制冷系统是这类系统的一个实例。附图1是根据本发明第一个具体实施方式
的喘振检测系统的原理图。图1中，附图标记10代表了一个基础制冷系统。如图1中所示，该制冷系统10包括一个离心式压缩机20，有一个吸入侧25和一排放侧30和一个压缩机叶轮(未示出)。排放侧导管35将排放侧30连接到冷凝器40。该压缩机将制冷剂压缩并将压缩气体输送到冷凝器40。冷凝器40包括热交换盘管45，该盘管具有进口50和出口55并通过该进出口连接到冷却塔60或者其他的循环着冷却液，例如水，并且该冷却液通过热交换盘管45的冷却系统。制冷剂流过冷凝器40，与在热交换盘管45中循环通过的冷却液进行热量交换，从而使压缩气体凝结成液体制冷剂。
凝结液态制冷剂从该冷凝器40流向蒸发器70。在通往蒸发器70的管路之内的孔口75产生了用于调节到蒸发器的制冷剂流率的压降。蒸发器70包括第二热交换盘管80，该盘管具有连接到冷却盘管95的供水管85和回水管90，并且冷却液例如水循环通过热交换盘管80。当液体制冷剂流过蒸发器70时，通过液体制冷剂的蒸发而使冷却液冷却，从而冷却液与液态制冷剂进行热交换。来自蒸发器的气体制冷剂通过吸入管路100返回到压缩机。
附图1中的附图标记“A”举例说明了靠近蒸发器70的吸入口120的位置，在该位置放置了一个冷却液的第一温度测量仪器200。在一个可选择的实施例中，第一温度测量仪器可以放在返回管路90内。附图2中的附图标记“B”举例说明了在吸入侧25的一个位置放置一个制冷剂的第二温度测量仪器210，该吸入侧构成到压缩叶轮(未显示)的入口。本发明另一具体实施例中，第二温度测量装置210可以在压缩机内邻近叶轮的一个位置处进行测定。
图2描述了根据本发明的示范性的实施例中所采用的，附图标记为″A″和″B″的温度测量仪器的相对位置。典型的制冷系统包括许多没有在附图1和2中示出的其他的技术特征。那些没有显示出来的特征对于描述本发明不是必需的。
如图1和2所示，操作中，本发明的一个示范性的实施例使用了温度传感器，该传感器被放在接近参照标记″A″和″B″的地方。该温度传感器可能产生一个代表测定温度值的信号。例如，该信号也许是一个与测定温度成比例的电压。吸入温度传感器220测定一个代表邻近压缩机，例如，在压缩叶轮的入口(相关标记″B″)的第二温度测定仪器210的数值。蒸发器水温感传器225测定代表邻近蒸发器，例如，在进入蒸发器的水管线路的入口处的第一个温度值200的数值(相关标记″A″)。在不存在喘振的正常工作状态，吸入温度210不会偏离蒸发器水温200。如果压缩机遇到喘振情况，其将会以将热加入制冷剂气流中的形式将热能加入到压缩机中导致第二温度测量仪器210的数值增长。本发明另一方面包括检测在两个传感器(分别位于″A″和″B″)之间的差量的设备，通过任何本领域已知的设备的来监控该制冷系统的运转。
本发明另一方面，是确定由吸入温度传感器220和蒸发器水温感传器225感测的温度之间的差量是否超过代表压缩机工作状态的一个设定点参数。操作中，该设定点参数将随离心式压缩机20的工作状态变化。第一个工作状态是当压缩机处于″关闭″状态或者非操作的状态。这个工作状态称为断开状态情况。当该压缩机不运转，该用于比较温差的设备将会自动地代表没有喘振故障。
第二工作状态是当该压缩机处于″启动″状态。因为该位于压缩机外壳中的吸入温度传感器220可能被齿轮箱加热器和周围环境温度过度地加热，此状态是独特的。在启动该压缩机20之前，该蒸发器水温可能通过制冷系统10中其他的制冷机保持低温。因此，在启动期间，如果吸入温度大于进入蒸发器水温，该喘振检测系统在有随时间的温升时将通过检测喘振来保护系统。如果该吸入温度增长比水温的增长更快，该喘振检测系统将产生喘振故障以关闭压缩机。当吸入温度降到该设定点值的一定分比之下，在正常工作条件下将产生喘振故障，然后该喘振检测系统转到如下所述的正常的喘振故障保护状态。
该喘振检测系统遇到的第三工作状态是在压缩机的正常运转期间。当压缩机运转时，在吸入温度和蒸发器水温之间的温度差超过一个设定值，则提示喘振故障并且关掉压缩机。
图3是根据本发明的一个实施例在参考点″A″和″B″处显示出的一系列示范性的温度测量结果的示图。
本发明的一个优选实施方案中，该制冷系统进一步包括一个有主微处理器290的制冷机控制面板280。本领域的技术人员将很明显地看出那些模拟线路，数字处理器，软件，硬件或者任何它们的集合可以被用在微处理机电路板290的位置上。在一个示范性的实施例中，微处理器290接收分别由吸入温度传感器220以及由蒸发器水温感传器225显示出的吸入温度和蒸发器水温度信号。本领域的技术人员很明显地知道可以不使用二个传感器来在两个位置中的每一个处进行温度测量，取而代之的是用一个合适的传感器来测量两个位置之间的温差。而且，该温度信号可以连续地或者周期性地获得。微处理器290也执行检测离心式压缩机的操作条件方面的改变的程序，并计算出与检测操作条件的相对应的一个设定点。在一个实施例中，与设定制之间的温差偏差代表了喘振状态的特征。理想地，在喘振检测过程，该微处理器290产生控制信号调整制冷系统的运转。
虽然作为参考本发明已经描述了如上所述的一个优选实施方案，本领域的技术人员可以清楚地了解本发明不因此而受限。
权利要求
1.一种在制冷系统中检测喘振的方法，所述制冷系统包括具有一个叶轮及压缩机入口的离心式压缩机，接收制冷剂流体的蒸发器，使制冷剂从蒸发器流入到压缩机入口的吸入管，所述蒸发器包括一个热交换盘管，其通过供给管将流体送入到蒸发器中，所述流体布置成与在蒸发器内部的制冷剂之间进行相互热交换，该方法包括自动的并且周期性地执行以下步骤测定邻近进入蒸发器的供给管的流体中的流体温度；测定邻近压缩机入口的制冷剂的制冷剂温度；然后利用流体温度和制冷剂温度检测制冷系统的喘振。
2.根据权利要求1中的方法，其中利用所述流体温度和所述制冷剂温度检测喘振的步骤包括计算代表在所述流体温度和所述制冷剂温度之间的温差的数值；将该值与所述的一个设定温度相比较。
3.根据权利要求1中的方法，其中利用所述流体温度和所述制冷剂温度检测喘振的步骤包括产生一个代表所述离心式压缩机运行状态的压缩机状态参数；从所述压缩机状态参数中导出设定值参数；计算代表在所述流体温度和所述制冷剂温度之间的温差的数值；然后将该值与所述设定点参数比较。
4.根据权利要求3中的方法，其中所述的离心式压缩机的工作状态是从一系列工作状态中选出来的，包括断开状态，启动和正常运转。
5.一种检测离心式压缩机中的喘振的方法，该离心式压缩机有压缩机入口，并与蒸发器流动连通，所述蒸发器适合于接收流体制冷剂，并且布置成与在吸入口处进入，并流过位于所述蒸发器盘管中的液体进行热交换，所述方法包括自动地和周期性地执行以下步骤产生一个用于限定所述离心式压缩机的运行状态的压缩机状态参数；根据压缩机状态参数计算一个设定点参数；在邻近所述的压缩机入口配置一个第一温度传感器以测量制冷剂温度；在接近所述吸入口配置一个第二温度传感器测量流体温度；然后利用所述流体温度，所述制冷剂温度和所述设定点温度检测喘振。
6.一种检测离心式压缩机中喘振的方法，该离心式压缩机有一个压缩机入口不固定地连接到蒸发器，蒸发器中流动着制冷剂，所述制冷剂从冷凝器中流出，然后随着流体在吸入口进入所述蒸发器，制冷剂与进入蒸发器的液体进行热交换，所述方法包括自动地和周期性地执行以下步骤在邻近所述蒸发器出口的所述流体的第一位置确定一个第一热力学参数；在邻近压缩机的所述制冷剂的第二位置确定一个第二热力学参数；然后从所述第一和第二热力学参数检测喘振。
7.根据权利要求6中的方法，其中第一个热力学参数是温度。
8.根据权利要求6中的方法，其中第二热力学参数是温度。
9.根据权利要求6中的方法，其中检测喘振的步骤进一步包括周期性地确定所述离心式压缩机的操作条件；然后从所述第一热力学参数，所述第二热力学参数和所述操作条件得到一个代表喘振的参数。
10.根据权利要求9中的方法，其中所述的压缩机的操作条件是从一系列操作条件中选出来的，包括断开状态，启动和正常运转。
11.一种离心式压缩机的喘振检测装置，该压缩机在压缩机入口处与蒸发器流动相通，所述蒸发器中流动的制冷机流体与在邻近蒸发器吸入口进入所述蒸发器的液体进行热交换，所述装置包括检测邻近压缩机入口的制冷剂的第一温度的装置；检测邻近所述蒸发器吸入口的液体的第二温度的装置；确定第一温度和第二温度之间的温差的装置；通过将差量与一个设定点参数比较来检测喘振的装置。
12.根据权利要求11中的装置，其中该用于检测第一温度的装置为一个温度传感器。
13.根据权利要求12中的装置，其中该用于检测第二温度的装置为一个温度传感器。
14.根据权利要求11中的装置，其中所述用于确定所述差量的装置和用于检测喘振的装置作为以下集合中选择出来的有效排列来执行，该集合包括模拟电路，数字处理器，软件，硬件或者其中的任何组合。
15.根据权利要求14中的装置，其中所述差量确定装置对所述差量起反应，控制离心式压缩机的运行状态。
16.一种离心式压缩机的检测喘振的方法，该压缩机在压缩机入口处与蒸发器流动连通，蒸发器中流动的制冷液与通过邻近蒸发器吸入口进入蒸发器中流体进行热交换，所述方法包括如下步骤周期性地将在所述邻近压缩机入口的制冷液中测量的第一温度和邻近蒸发器吸入口的流体中测量的第二温度之间的温差，与代表所述离心式压缩机的工作状态的一个设定点温度之间进行比较。
17.根据权利要求16中的方法，其中所述的离心式压缩机的工作状态是从以下集合中选出来的，包括断开状态，启动和正常运转。
18.一种检测离心式压缩机中喘振的方法，该压缩机在压缩机入口处与蒸发器流动连通，蒸发器中流动的致冷液与通过邻近蒸发器吸入口进入蒸发器的液体进行热交换，所述方法包括如下步骤周期性地比较在邻近压缩机入口的制冷液中测量的第一温度和在邻近蒸发器吸入口的流体中测量的第二温度，与代表所述离心式压缩机的工作状态的一个设定点温度之间的温差变化率。
19.根据权利要求18中的方法，其中所述的离心式压缩机的工作状态是从以下集合中选出来的，包括断开状态，启动和正常运转。
20.一种检测离心式压缩机中喘振的方法，该离心式压缩机有一个叶轮，压缩机入口与所述叶轮之间流动相通，所述压缩机入口连接到蒸发器，所述蒸发器用于从冷凝器中接收制冷剂，所述制冷剂布置成与进入蒸发器的液体进行热交换，该流体由蒸发器吸入口进入并在蒸发器中的热交换盘管内流动，该方法包括以下步骤在制冷剂进入压缩机入口前检测所述制冷剂第一温度；在流体进入蒸发器吸入口前检测所述流体的第二温度，且通过对包括第一温度，第二温度和一个设定点温度的计算进行喘振检测。
21.根据权利要求20的方法，其中从通过计算检测喘振的步骤包括以下步骤根据响应选定数量的温差和设定点参数之间的偏差来进行喘振检测，该温差为在第一温度和第二温度之间的温差，设定点参数代表离心式压缩机工作状态。
22.根据权利要求21中的方法，其中所述的温差和所述的设定点之间的偏差作为以下集合中选择出来的有效排列来执行，该集合包括模拟电路数字处理器，软件，硬件或者其中的任何组合。
23.根据权利要求21中的方法，其中所述的离心式压缩机的工作状态是从以下集合中选出来的，包括断开状态，启动和正常运转。
24.一种在制冷系统中检测喘振的方法，所述制冷系统包括具有一个叶轮及压缩机入口的离心式压缩机装置，接收制冷剂流体的蒸发器装置，使制冷剂从蒸发器装置流入到压缩机入口的吸入管路，所述蒸发器装置包括将流体通过一个供应管路进入蒸发器的热交换盘管装置，所述流体与蒸发器装置中的制冷剂进行热交换，该方法包括自动的并且周期性地执行以下步骤测量邻近进入蒸发器装置的供给管的流体的流体温度；测量邻近压缩机入口的制冷剂的制冷剂温度；然后利用流体温度和制冷剂温度检测制冷系统的喘振。
25.根据权利要求24中的方法，其中所述测量流体温度的步骤包括以下步骤在邻近进入所述蒸发器的供给管路中布置第一温度传感器。
26.根据权利要求24中的方法，其中所述测量制冷剂温度的步骤包括以下步骤在邻近所述压缩机入口布置第二温度传感器。
27.根据权利要求24中的方法，其中利用流体温度检测喘振的步骤进一步包括周期性地确定所述离心式压缩机装置的操作条件；然后从所述流体温度，所述制冷剂温度和所述操作条件得到一个代表喘振的参数。
28.根据权利要求27中的方法，其中所述的离心式压缩机的工作状态是从以下集合中选出来的，包括断开状态，启动和正常运转。
29.根据权利要求24中的方法，其中所述测量制冷剂温度的步骤包括以下步骤在靠近所述压缩机入口的吸入管线中布置第二温度传感器。
30.根据权利要求24中的方法，其中所述测量流体温度的步骤包括以下步骤在所述回水管中布置第一温度传感器。
31.根据权利要求24中的方法，其中测量所述制冷剂温度的步骤包括如下步骤在邻近叶轮处布置一个第二温度传感器。
全文摘要
检测制冷系统中的喘振的方法和装置，该制冷系统包括具有一个叶轮以及压缩机入口的离心式压缩机，接收制冷剂流体的蒸发器，使制冷剂从蒸发器流入到压缩机入口的吸入管。蒸发器包括热交换盘管，其将流体通过供给管送入到蒸发器中。流体分配成与在蒸发器内部制冷剂之间进行相互热交换。该方法和装置自动地并且周期性地执行以下步骤测量送入蒸发器的邻近供给管的流体的流体温度；测量邻近压缩机入口的制冷剂的制冷剂温度；然后利用流体温度和制冷剂温度检测制冷系统的喘振。
文档编号F25B1/00GK1826499SQ200480015860
公开日2006年8月30日 申请日期2004年4月19日 优先权日2003年4月17日
发明者约翰·C·诺普 申请人:阿拂迈克奎公司