控制系统的制作方法

控制系统的制作方法
【专利摘要】控制系统，控制压缩机的输出备量，以避免该压缩机中的喘振状况。该控制系统为压缩机确定一个容量控制输出，且然后根据由系统运行参数确定的任何输出限制或超控来修改该容量控制输出，且维持针对该压缩机的最小运行频率。
【专利说明】控制系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求享有2012年4月30日提交的、标题为“CONTROL SYSTEM”的第61/640，308号的美国临时申请的权益，该美国临时申请以整体引用的方式纳入本文。

【技术领域】
[0003]本申请总体涉及用于压缩机的控制系统。更具体地，本申请涉及用于离心式压缩机的容量控制系统。

【背景技术】
[0004]一种控制离心式压缩机中的容量的方法是通过调整位于离心式压缩机的入口处的预旋叶片(PRV)或入口导向叶片的位置来控制到达压缩机中的制冷剂或其他流体的流动。致动器可以被用来打开PRV以增加到压缩机的制冷剂或流体的量，从而增加系统的容量。类似地，致动器可以被用来关闭PRV以减小到压缩机的制冷剂或流体的量，从而减小系统的容量。可以被用来控制离心式压缩机中的容量的其他方法包括用变速驱动器调整压缩机的速度或打开热气旁通阀以将一部分压缩制冷剂或流体引导回到压缩机的吸入入口。所有这些容量控制方法都既有优点又有局限。
[0005]离心式压缩机在运行期间可能会遇到不稳定，诸如喘振(surge)或失速(stall)。喘振是在压力和流动中具有振动的瞬态现象，能够导致完全倒流经过压缩机。喘振如果不受控制，喘振能够导致压缩机的旋转部件和静止部件的过度振动，且可能会导致永久性压缩机损坏。一种修正喘振状态的技术可以涉及打开热气旁通阀以使压缩机的一些排放气体返回到压缩机入口，以增加在该压缩机入口处的流动。作为对比，失速或旋转失速是压缩机的一个或多个部件中的局部流动分离，排放压力以小于压缩机的叶轮的旋转频率的基频扰动。在固定速度离心式压缩机中的旋转失速主要位于压缩机的扩压器中，且可以用可变几何形状扩压器(VGD)修复。压缩机中旋转失速的存在可以是即将发生的喘振状态的前兆。
[0006]一种用于检测和控制离心式压缩机的扩压器区域中的旋转失速的方法包括使用放置在压缩机排放通道或扩压器中的压力换能器，以测量普遍存在的声音压力或声学压力。来自该压力换能器的信号经由模拟或数字技术过滤和处理，以确定旋转失速的存在或可能性。通过将根据测量的排放压力脉冲或脉动计算的能量的量与对应于存在旋转失速的预定阈值量进行比较来检测旋转失速。
[0007]然而，对于离心式压缩机的一部分运行范围，压缩机可以在未出现在先失速(pr1r stall)状态的情况下喘振,特别是当压缩机正以低速运行时。当压缩机直接进入喘振状态时，用于压缩机的控制系统没有机会感测前兆失速(precursor stall)状态。因此，压缩机的控制系统不能够针对失速状态启动修正动作，以可能避免喘振状态的发端。控制系统的用于处理压缩机中的喘振状态的其他方面要求控制系统识别喘振状态且以预定顺序做出反应。为了让控制系统识别喘振状态，在一个预定时间长度期间必须出现一个或多个喘振周期，然后控制系统才可以采取修正动作。
[0008]在许多控制系统中，容量控制功能和喘振/失速控制功能或其他控制功能可能会彼此冲突。例如，容量控制功能规定的压缩机运行状态能够导致喘振或失速状态出现。类似地，喘振/失速控制功能可能不提供容量控制功能所要求的期望的输出容量。此外，其他安全性或运行参数可以进一步与容量控制功能冲突。
[0009]因此，需要一种用于控制离心式压缩机的容量同时为压缩机维持稳定运行状态的系统和方法。


【发明内容】

[0010]本发明涉及一种控制压缩机中的容量的方法。该方法包括用一个控制程序计算输出容量参数，测量至少一个系统运行参数以及将测量的至少一个系统运行参数与针对该系统运行参数的对应的预定阈值进行比较，以确定测量的至少一个系统运行参数是否在对应于测量的至少一个系统运行参数的一个限制区域(limiting reg1n)或一个超控区域(override reg1n)内。该方法还包括响应于确定测量的至少一个系统运行参数在该限制区域或该超控区域内，调整该输出容量参数，计算针对该压缩机的最小变速驱动器频率以避免喘振状况，且将计算的最小变速驱动器频率与基于该输出容量参数的变速驱动器频率进行比较。该方法进一步包括响应于该最小变速驱动器频率大于该基于该输出容量参数的变速驱动器频率修改该输出容量参数，以及向该压缩机应用该输出容量参数以调整该压缩机的输出容量。
[0011]本发明还涉及一种系统，该系统具有连接在一个闭合制冷剂回路中的压缩机、冷凝器、膨胀设备和蒸发器。该系统还具有被连接至该压缩机以为该压缩机提供动力的马达，和被连接至该马达以为该马达提供动力的变速驱动器。该变速驱动器能够操作以向该马达提供可变电压且向该马达提供可变频率。该系统具有控制面板，以控制该变速驱动器和该系统的一个或多个部件的运行。该控制面板包括微处理器和存储器设备。该系统具有传感器，以测量该系统的运行参数。该传感器与该控制面板通信以提供测量的运行参数。该控制面板能够操作以实施控制算法，从而确定对该压缩机的输出容量调整且将输出容量调整应用到该压缩机。该输出容量调整是一个来自容量控制程序的输出容量参数，其被根据测量的系统的运行参数而确定的输出限制或输出超控所修改，并维持最小变速驱动器频率以避免喘振状况。
[0012]在本申请的一个示例性实施方案中，离心式压缩机包括叶轮、与该叶轮的输出流体连通的可变几何形状扩压器和通过轴连接至该叶轮的马达。该离心式压缩机还可以包括传感器和控制面板，以控制该马达和该可变几何形状扩压器的运行。该控制面板被配置以接收来自该传感器的对应于测量的运行参数的信号，且被配置以计算所要求的该压缩机输出容量。
[0013]结合以实施例的方式例示了本发明的原理的附图，将从下面对优选实施方案的更详细的描述明了本发明的其他特征和优点。

【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1示出用于暖通空调系统的一个示例性实施方案。
[0015]图2示出一个示例性蒸气压缩系统的等比例视图。
[0016]图3示意性地示出用于暖通空调系统的一个示例性实施方案。
[0017]图4示出一个蒸气压缩系统的一个示例性实施方案。
[0018]图5示意性地示出变速驱动器的一个示例性实施方案。
[0019]图6示出压缩机中的可变几何形状扩压器的一个示例性实施方案的局部横截面视图。
[0020]图7示出容量控制过程的一个示例性实施方案。
[0021]图8-10示出用于识别负载限制区域和负载减小区域的线形图的示例性实施方案。
[0022]只要可能，全部附图中将使用相同的参考数字指示相同的或相似的部分。

【具体实施方式】
[0023]图1示出用在典型商业环境中的建筑物12中的暖通空调(HVAC)系统10的一个示例性环境。系统10可以包括蒸气压缩系统14，其可以供应冷却液体，该冷却液体可以被用来冷却建筑物12。系统10可以包括:锅炉16，以供应加热液体，该加热液体可以被用来为建筑物12供暖；以及空气分配系统，其使空气在建筑物12中循环。该空气分配系统可以包括空气返回管道18、空气供应管道20和空气处理器22。空气处理器22可以包括热交换器，该热交换器通过导管24连接至锅炉16和蒸气压缩系统14。空气处理器22中的热交换器可以根据系统10的工作模式接收来自锅炉16的加热液体或来自蒸气压缩系统14的冷却液体。示出的系统10在建筑物12的每个楼层上都具有一个单独的空气处理器，但是应理解的是，可以在两个或更多个楼层之间共享这些部件。
[0024]图2-4示出一个可以被用在HVAC系统10中的示例性蒸气压缩系统14。蒸气压缩系统14可以使制冷剂循环通过如下一个回路，该回路从压缩机32开始，且包括冷凝器34、(一个或多个)膨胀阀或设备36、和(一个或多个)蒸发器或液体冷却器38。蒸气压缩系统14还可以包括控制面板40，控制面板40可以包括模拟数字(A/D)转换器42、微处理器44、非易失性存储器46和接口板48。可以被用作蒸气压缩系统14中的制冷剂的流体的一些实施例是氢氟烃(HFC)基制冷剂，例如，R-410A、R-407、R-134a、氢氟烯烃(HFO)、“天然”制冷剂(如氨(NH3))、R-717、二氧化碳(CO2)、R-744或烃基制冷剂、水蒸气或任何其他合适类型的制冷剂。
[0025]与压缩机32 —起使用的马达50可以由变速驱动器(VSD) 52提供动力或可以直接从交流(AC)或直流(DC)电源提供动力。马达50可以包括可由VSD提供动力或直接从AC或DC电源提供动力的任何类型的电动马达。马达50可以是任何合适马达类型，例如，开关磁阻马达、感应马达或电子整流永磁体马达。
[0026]图5示出VSD的一个示例性实施方案。VSD 52从AC电源接收具有特定固定线电压和固定线频率的AC电，且以期望的电压和期望的频率向马达50提供AC电，所述期望的电压和期望的频率可以被改变以满足特定要求。VSD52可以具有三个部件:整流器/转换器222、DC链路224和逆变器226。整流器/转换器222将来自AC电源的固定频率、固定幅度的AC电压转换成DC电压。DC链路224过滤来自转换器222的DC电且提供能量存储部件(诸如，电容器和/或电感器)。最终，逆变器226将来自DC链路224的DC电压转换成用于马达50的可变频率、可变幅度的AC电压。
[0027]在一个示例性实施方案中，整流器/转换器222可以是具有绝缘栅双极晶体管的三相脉冲宽度调制升压整流器，以向DC链路224提供升高的DC电压，以从VSD 52获得最大RMS输出电压，RMS输出电压大于VSD 52的输入电压。替代地，转换器222可以是不具有电压升高能力的无源二极管或晶闸管整流器。
[0028]VSD 52可以向马达50提供可变幅度的输出电压和可变的频率，以允许马达50响应于特定负载状况而有效运行。控制面板40可以向VSD52提供控制信号，从而对于由控制面板40接收的特定传感器读数，以适当的运行设置运行VSD 52和马达50。例如，控制面板40可以向VSD52提供控制信号，以响应于蒸气压缩系统14中的正在变化的状况来调整由VSD 52提供的输出电压和输出频率，即，控制面板40可以响应于压缩机32上的增大或减小的负载状况来提供指令以增大或减小由VSD52提供的输出电压和输出频率。
[0029]再次参照图2-4，压缩机32压缩制冷剂蒸气，并通过排放通道33将该蒸气递送到冷凝器34。在一个示例性实施方案中，压缩机32可以是具有一个或多个压缩级的离心式压缩机。由压缩机32向冷凝器34递送的制冷剂蒸气将热量传递到流体例如水或空气。由于与流体进行热传递，因此在冷凝器34中制冷剂蒸气冷凝成制冷剂液体。该液体制冷剂从冷凝器34流经膨胀设备36到蒸发器38。热气旁通阀(HGBV) 134可以被连接在从压缩机排放延伸到压缩机吸入的单独管线中。在图3中示出的示例性实施方案中，冷凝器34是水冷却的且包括连接到冷却塔56的管束54。
[0030]递送到蒸发器38的液体制冷剂从另一种流体吸收热量，该另一种流体可以是或可以不是与用于冷凝器34的类型相同的流体，且经历相变到制冷剂蒸气。在图3中示出的示例性实施方案中，蒸发器38包括管束60，管束60具有连接到冷却负载62的供应管线60S和返回管线60R。过程流体(例如,水、乙二醇、氯化I丐卤水、氯化钠卤水、或任何其他合适的液体)经由返回管线60R进入蒸发器38，且经由供应管线60S离开蒸发器38。蒸发器38使所述管中的过程流体的温度降低。蒸发器38中的管束60可以包括多个管和多个管束。蒸气制冷剂离开蒸发器38，并通过吸入管线37返回至压缩机32，以完成该回路或循环。在图4中示出的示例性实施方案中，压缩机32可以包括预旋叶片39。预旋叶片39可以被固定到预定位置或可以具有一个可调整的位置。在一个示例性实施方案中，蒸气压缩系统14可以在一个或多个制冷剂回路中使用变速驱动器(VSD) 52、马达50、压缩机32、冷凝器34、膨胀阀36和/或蒸发器38中的一个或多个。
[0031]图6例不了压缩机32的一个不例性实施方案的局部横截面视图。压缩机32包括叶轮201，用于压缩制冷剂蒸气。来自叶轮201的压缩蒸气然后通过可变几何形状扩压器(VGD) 119。VGD 119具有形成在扩压器板(plate) 206和喷嘴基板208之间的扩压器空间或间隙202，用于制冷剂蒸气通过。喷嘴基板208被配置用于与扩压器环210—起使用。扩压器环210被用来控制通过扩压器空间或间隙202的制冷剂蒸气的速度。扩压器环210可以被延伸到扩压器间隙202中，以增大流经扩压器间隙202的蒸气的速度，且可以从扩压器间隙202缩回，以减小流经扩压器间隙202的蒸气的速度。可以使用由致动器驱动的调整机构212来将扩压器环210延伸到扩压器间隙202中或将其从扩压器间隙202缩回。
[0032]VGD 119可定位在基本打开或收缩位置(其中制冷剂在扩压器间隙202中的流动是基本无阻碍的)和基本关闭或伸展位置(其中制冷剂在扩压器间隙202中的流动是被限制的)之间的任何位置。在一个示例性实施方案中，当VGD 119在关闭位置中时，其不可能完全地阻止制冷剂在扩压器间隙202中的流动。调整机构212可以连续地移动扩压器环210或在分立步骤中递增地移动扩压器环210以打开和关闭扩压器间隙202。在2005年3月29 日授权的标题为 “Variable Geometry Diffuser Mechanism” 的美国专利号 6，872，050中提供了对一种类型的VGD的运行和部件的更详细的描述，该美国专利在此以引用的方式纳入本文。
[0033]在一个示例性实施方案中，如果压缩机32具有多于一个的压缩级，则VGD 119可以被包含在一个或多个压缩级的排放通道中。在另一个示例性实施方案中，多于一个的VGD119可以被定位在扩压器间隙202中，以控制来自叶轮201的制冷剂的流动，从而控制压缩器32的容量。在另一个示例性实施方案中，扩压器环210的定位可以减小或消除压缩机32中的喘振状况和失速状况。
[0034]除A/D转换器42之外，控制面板40还可以包括数字模拟(D/A)转换器。此外，控制面板40可以连接至或包含用户接口 194，用户接口 194允许操作者与控制面板40交互。操作者可以通过用户接口 194选择和输入用于控制面板40的命令。此外，用户接口 194可以显示来自控制面板40的、关于蒸气压缩系统14的运行状态的消息或信息。用户接口 194可以布置在控制面板40本地，诸如被安装在蒸气压缩系统14或控制面板40上，或替代地，用户接口 194可以被定位成远离控制面板40，诸如，被定位在与蒸气压缩系统14分离的单独的控制室中。
[0035]在控制面板40中，A/D转换器42和/或接口板48可以接收来自系统传感器和部件的输入信号，所述系统传感器和部件提供蒸气压缩系统14的运行参数。例如，由控制面板40接收的输入信号可以包括从管束60离开的冷却液体温度的温度、蒸发器38和冷凝器34中的制冷剂压力、到VSD的输入电流、来自VSD的输出电流、压缩机排放温度、压缩机油温度、压缩机油供应压力、VGD位置、HGBV位置以及压缩机排放通道中的声学或声音压力。控制面板40可以使用接口板48来向蒸气压缩系统14的部件传输信号，以控制蒸气压缩系统14的运行，并与蒸气压缩系统14的多个传感器和控制设备通信。
[0036]控制面板40可以执行或使用单个或中央控制算法或控制系统，以控制蒸气压缩机系统14的运行，蒸气压缩机系统14包括压缩机32、VSD 52、VGD 119、HGBV 134、冷凝器34和蒸气压缩系统14的其他部件。在一个实施方案中，(一个或多个)控制算法可以是存储在非易失性存储器46中的具有可由微处理器44执行的一系列指令的计算机程序或软件。虽然该控制算法可以通过(一个或多个)计算机程序实现且通过微处理器44执行，但是本领域技术人员将理解的是，可以使用数字硬件和/或模拟硬件实施或执行该控制算法。如果使用硬件来执行该控制算法，则可改变控制面板40的对应配置以包含必要的部件且移除任何可能不再需要的部件。在又另一个实施方案中，控制面板40可以包含多个控制器，每个控制器执行分立的功能，其中中央控制器确定控制面板40的输出。
[0037]由控制面板40上的微处理器44执行的中央控制算法可以包括用于控制压缩机32的容量以满足冷却负载的容量控制程序或算法。根据是否需要对压缩机进行加载或卸载以将离开的冷却液体温度(LCHLT)保持在预选设定点处，该容量控制程序可以发送或传输控制信号，以通过按特定次序调整VGD 119的位置、VSD 52的速度(且从而马达50的速度)和HGBV 134(如果配备)来调整压缩机32的容量。必要时可以附加地且同时地调整VSD和马达速度以维持防止喘振所要求的最小压缩机升程，所述最小压缩机升程随当前压缩机速度、VGD位置、和冷凝器到蒸发器的压力差而变化。该容量控制程序可以与压缩机一起使用，在该压缩机的入口处该压缩机具有固定的(即，不可移动的)预旋叶片。在一个实施方案中，该固定预旋叶片可以被定位在完全打开的位置中。
[0038]此外，该容量控制程序可以包括针对高冷凝器压力、低蒸发器压力、高马达电流和高输入电流的限制阈值和超控阈值，以减轻可能的不稳定状况，从而保持系统运行，例如，避免系统停机。所述限制和超控可以限制或减小到适当的设备(HGBV、VGD或VSD)的输出，以减轻状况且保持系统运行。当接近限制阈值和超控阈值中的任一个时，该容量控制程序可以成比例地限制所允许的容量增加的量，而如果超出，则可以发出卸载指令。
[0039]图7示出容量控制过程的一个示例性实施方案。该过程以启动或应用容量控制算法来确定容量控制输出(CC输出)参数(步骤302)作为开始。在一个示例性实施方案中，一旦进入运行状态(即，在压缩机启动时)，该容量控制算法可立即应用或启动离开的冷却液体温度(LCHLT)比例积分微分(PID)控制器或控制算法。在每个控制周期期间，该容量控制算法使用PID逻辑，以基于与LCHLT有源设定点(active setpoint)相比的LCHLT确定对系统容量的期望的百分比变化，即，CC输出。该期望的百分比变化可以为正(用于加载)或为负(用于卸载)。
[0040]根据所选择的控制源，例如，本地用户接口、远程用户接口或建筑物自动化系统(BAS)或ISN控制，该LCHLT有源设定点是LCHLT的被编程的设定点的目标。当系统未运行时，LCHLT有源设定点被设定到输入冷却液体温度-10 0F，具有LCHLT的被编程的设定点的最小值。当VSD启动时，LCHLT有源设定点以可编程的LCHLT设定点斜坡速率(ramp rate)斜坡变至LCHLT的被编程的设定点。当容量控制程序运行时，对该被编程的LCHLT设定点的任何变化导致以被编程的LCHLT设定点斜坡速率从旧的有源设定点到新的LCHLT设定点的一个斜坡。
[0041]接下来，容量控制算法可以将测量的系统参数与预定阈值进行比较，以确定输出限制和/或超控(步骤304)。具有输出限制和超控的系统参数可以包括高冷凝器压力限制和超控、低蒸发器压力限制和超控、马达电流限制和超控以及VSD的输入电流限制和超控。图8和9示出对应的限制和超控区域连同对于冷凝器压力、蒸发器压力、马达电流和VSD输入电流的对应的容量变化的线形图。
[0042]对于冷凝器压力、马达电流和VSD输入电流，图8中的线形图示出对于增加的系统参数，第一阈值和第二阈值之间的负载限制区域和第二阈值和第三阈值之间的超控区域。对于蒸发器压力，图9中的线形图示出对于减小的蒸发器压力，第一阈值和第二阈值之间的负载限制区域以及第二阈值和第三阈值之间的超控区域。在一个实施方案中，第一阈值、第二阈值和第三阈值可以是基于对应的系统参数所预选的值。在另一个实施方案中，第二阈值可以是基于对应的系统参数所预选的值，而第一阈值和第三阈值可以从该第二阈值导出，即，该第一阈值可以是该第二阈值加上或减去一个预选值，而该第三阈值可以是该第二阈值加上或减去一个预选值。此外，离开的冷却液体温度(LCHLT)也可以具有低温度超控控制。图10中的线形图示出对于减小的LCHLT，第二阈值和第三阈值之间的超控区域。
[0043]在一个示例性实施方案中，冷凝器压力的第二阈值的范围可以在44.9 PSIG到162.5 PSIG之间，且可以是162.5 PSIG0当过程流体是水时，蒸发器压力的第二阈值可以是27 PSIG，而当过程流体是盐水时，可以由操作者编程第二阈值。马达电流的第二阈值可以是100%满负载安培数(FLA)，如从三相马达电流的最高值选择的或如由马达和VSD确定的最大马达电流。在一个实施方案中，100% FLA可以是505A。VSD输入电流的第二阈值可以是有源输入电流限制，其对应于本地输入电流限制、远程输入电流限制和下拉电流限制的最小值，如从三相马达电流的最高值中选择的。用于LCHLT的第二阈值可以是LCHLT停机温度+2 T。第二阈值的最大值可以是在LCHLT设定点以下I °F。
[0044]如果测量的系统参数在负载限制区域中，则容量控制程序仍然可以增加系统的容量，但是增加的量或百分比被限制在针对此系统参数既定的一个(或多个)预定值或量。例如，可以存在针对负载限制区域的一个预定值或可以存在针对负载限制范围的一个预定值范围，在该预定值范围中基于用于针对系统参数的测量值确定预定值。在一个示例性实施方案中，容量增加的预定量或百分比的范围可以在0.01至5.0之间且可以是0.50。如果测量的系统参数在超控范围内，则即使容量控制程序要求容量增加也迫使容量控制程序减小该系统的容量。减小的量或百分比被限制在针对此系统参数既定的一个(或多个)预定量或值。例如，可以存在针对该超控范围的一个预定值或可以存在针对该超控范围的一个预定值范围，在该预定值范围中基于针对系统参数的测量值确定预定值。在一个示例性实施方案中，容量减小的预定量或百分比的范围可以在-5.0至-0.01之间且可以是-0.10。对于系统容量增加或减小的百分比或量，正数反映增加容量的请求，而负数反映减小容量的请求。
[0045]一旦将测量的参数与针对负载限制区域和超控区域的阈值进行比较，则确定是否有任何测量的参数在该负载限制区域或该超控区域内(步骤306)。如果测量参数中的一个或多个在该负载限制区域或该超控区域内，则基于已确定的输出限制和/或超控对CC输出做出调整(步骤308)。在一个实施方案中，CC输出可以被调整以增加根据LCHLT PID和已确定的每个负载限制和超控值而计算的容量变化的最小值。类似地，CC输出可以被调整以减小根据LCHLT PID和已确定的每个负载限制和超控值而计算的容量变化的最大值。
[0046]在基于任何已确定的输出限制和/或超控调整CC输出之后或如果没有已确定的输出限制和/或超控，则可以确定最小VSD频率(步骤310)。最小VSD频率可以是最小运行系统速度或防喘振最小频率中的较低的。针对VSD频率的最小限制可以被用来维持足以在运行期间克服冷凝器压力且防止喘振的压缩机升程(压力上升)或头压力。可以在每个循环的容量控制算法或例行程序使用等式I计算防喘振最小频率。
[0047]防喘振最小频率=喘振频率*最小频率乘数*最小频率乘数2+最小频率偏移
(I)
[0048]其中:
[0049]根据运行期间欧米伽(Omega)和VGD位置确定喘振频率。
[0050]欧米伽=等熵头/(声音的速度)2
[0051]基于系统中使用的制冷剂(例如，R134a)、根据蒸发器压力确定声音的速度。
[0052]基于系统中使用的制冷剂(例如，R134a)、根据蒸发器压力和冷凝器压力确定等摘头。
[0053]最小频率乘数、最小频率乘数2和最小频率偏移是被用来确保计算的防喘振最小频率的适当余量的值，以应对指令和系统变化。
[0054]在另一个示例性实施方案中，容量控制算法可以使用基于用在该系统中的具体压缩机尺寸的内建映射来确定最小VSD频率。该映射具有两个轴——VGD位置和压缩机头(被计算作为参数欧米伽)。可以电气测量VGD位置且可以使用冷凝器压力和蒸发器压力测量压缩机头。根据压缩机吸入温度(或基于蒸发器压力的蒸发器饱和温度)计算在确定欧米伽过程中所要求的声音的速度。该映射可以指示，对于给定的VGD位置和欧米伽，确保压缩机的稳定和有效运行(即，避免喘振)的最小VSD速度应该是多少。在另一个实施方案中，可以调整该映射使得该最小VSD速度将确保避免失速，更保守的方法将压缩机最小速度设定成高于避免喘振所要求的。
[0055]在另一个示例性实施方案中，自适应容量控制可以代替内建映射。自适应容量控制需要使用例如蒸发器和冷凝器之间的压力差的减小来检测失速或喘振何时发生，以指示来自排放压力传感器的信号中的特定频带中的喘振或“噪声”，从而指示失速。该控制可以导致VGD位置以探查的方式变化，以找到且记录针对VSD速度的运行限制和对于给定压缩机运行状况的VGD位置(头或欧米伽)，从而生成所描述的映射，因此不必被预编程。
[0056]此外，在一个示例性实施方案中，在系统头增加瞬态事件(例如下拉操作(使LCHCT从环境状况降低到LCHLT设定点))期间，容量控制算法计算该防喘振最小频率的额外增加。监测欧米伽的变化速率，且当欧米伽正快速变化时容量控制算法应用一个成比例的暂时偏移。该成比例的暂时偏移的应用防止因感测和处理时间驱动线路速度的增加落后于所要求的速度。
[0057]在一个实施方案中，根据要求可以立即增加防喘振最小频率。必要时连续地增加压缩机速度，以防止在防喘振最小频率以下运行，无论是要求容量增加还是要求容量减小。以防喘振最小频率运行可以导致额外的容量，但是容量控制算法逻辑可以响应于LCHLT和超控控制，从而根据需要运行其他控制设备以维持设定点或与符合限制。
[0058]在另一个实施方案中，可以减小防喘振最小频率或使其斜坡变至一个计算的新的较低防喘振最小频率。根据HGBV (如果存在)是否完全关闭，应用两个独立的可编程的斜坡速率。当减小防喘振最小频率时，存在额外的减小速度的机会。当减小防喘振最小频率时，
1)如果容量控制逻辑要求卸载，贝1JVSD速度可以被减小到额外运行带(operating band)；
2)如果达到或满足LCHLT设定点或如果要求加载且可以通过关闭HGBV或打开V⑶来达到或满足该加载要求，则VSD速度可以被保持恒定；或3)必要时，如果要求加载且其他控制设备已经被定位到它们的极限，则可以增加VSD速度。
[0059]一旦已计算防喘振最小频率，就确定计算的防喘振最小频率是否大于通过容量控制程序确定的运行频率(步骤312)。如果该防喘振最小频率大于通过容量控制程序确定的运行频率，则基于该防喘振最小频率对CC输出做出调整(步骤314)。在基于该计算的防喘振最小频率对CC输出做出调整之后或如果该防喘振最小频率小于通过容量控制程序确定的运行频率，则经调整的CC输出被应用到压缩机(步骤316)。在该CC输出被应用到该压缩机之后，该过程重新开始下一个控制周期。
[0060]在一个示例性实施方案中，产生的CC输出参数被引导至在有必要的前提下尽可能多的控制设备(VSD、VGD或HGBV)，从而以适当的顺序使得针对加载(容量增加)和卸载(容量减小)的期望的全部变化生效。控制设备响应于要求容量增加的CC输出参数的运行顺序可以是:1)朝向关闭位置移动或调整HGBV(如果存在)；2)当HGBV被完全关闭时，朝向打开位置移动或调整VGD;以及3)当VGD完全打开时，增加VSD速度。控制设备响应于要求容量减小的CC输出参数的运行顺序可以是:1)减小VSD速度；2)当VSD速度在最小限制时，朝向关闭位置移动或调整VGD ;以及3)当VGD达到该最小限制或在关闭位置中时，朝向打开位置移动或调整HGBV (如果存在)。
[0061]在另一个实施方案中，可以按照一个预定顺序将计算的输出变化(CC输出)应用到每个必要的设备，以实施期望的容量变化，如此每个设备的变化的总和等于期望的全部变化。如果一个变化的全部量级由于一个限制而不能够被应用到一个具体设备，则该变化的其余部分被有序地应用到其他设备。每个设备具有相关联的运行增益(可被选择为其输出增益设定点)，该运行增益涉及容量对设备的响应的期望的百分比变化，以百分比位置或赫兹计。可以根据每个设备的个体输出增益确定每个设备的变化幅度。此外，容量控制算法可以在确定待要应用到控制设备的剩余净输出时考虑到由于防喘振控制导致的任何同时速度增加而造成的容量增加。例如，如果期望的容量增加是10%，且由于防喘振控制而速度已经增加的量等于或对应于6%的容量增加(如根据VSD增益确定的)，则VGD和/或HGBV(如果存在)将会做出的反应仅足以使得剩余4%的容量增加生效。
[0062]在一个实施方案中，可以通过发送电流通过致动器中的打开或关闭的绕组来调整VGD。该致动器被赋予一个恒定命令直到反馈信号等于该命令信号为止。为了减小抖动，一旦位置到达命令位置，则打开和关闭信号停止(保持)。为了重新定位该设备，必须通过控制重新请求变化的阈值量级。
[0063]在一个示例性实施方案中，对于双级离心式压缩机，低级VGD将被用于将容量控制作为其主要功能而失速/喘振控制作为其次要功能，这与单级机器相同。高级VGD可以仅被独立地用于对于高级叶轮的失速/喘振控制。
[0064]应理解的是，该申请不限于在下面的描述中阐明的或在图中例示的细节或方法。还应理解的是，本文中所采用的措辞和术语仅是出于描述目的而不应被认为是限制的。
[0065]本申请设想方法、系统和用于实现其操作的、在任何机器可读介质上的程序产品。可以使用现有计算机处理器或通过用于适当系统的专用计算机处理器或通过硬线系统实施本申请的实施方案。
[0066]在本申请的范围内的实施方案包括程序产品，该程序产品包括机器可读介质，用于执行或其上存储有机器可执行指令或数据结构。机器可读介质可以是可以被通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何可用的非易失性介质。举例而言，机器可读介质可以包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储设备、磁盘存储设备或其他磁存储设备，或可以被用来执行或存储机器可读指令或数据结构形式的且可以通过通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的期望程序代码的任何其他介质。当通过网络或另一个通信连接(硬线、无线，或硬线或无线的结合)向机器传递或提供信息时，该机器合理地将该连接视为机器可读介质。上述的组合也包括在机器可读介质的范围内。机器可读指令包括例如使得通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行特定功能或特定功能组的指令和数据。
[0067]尽管本文中的图可以示出方法步骤的具体次序，但是步骤的次序可以与所描述的步骤的次序不同。另外，可以同时地或部分同时地执行两个或更多个步骤。步骤执行中的变化可以取决于选择的软件和硬件系统和取决于设计者的选择。所有这样的变化都在该申请的范围内。同样地，可以用具有基于规则的逻辑和实现多种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决定步骤的其他逻辑的标准编程技术来实现软件实施方案。
[0068]重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。
[0069]此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的【具体实施方式】决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。
【权利要求】
1.一种控制压缩机中的容量的方法，包括: 用一个控制程序计算一个输出容量参数； 测量至少一个系统运行参数； 将测量的至少一个系统运行参数与针对该系统运行参数的对应的预定阈值进行比较，以确定测量的至少一个系统运行参数是否在对应于测量的至少一个系统运行参数的一个限制区域或一个超控区域内； 响应于确定测量的至少一个系统运行参数在该限制区域或该超控区域内，调整该输出容量参数； 计算针对该压缩机的、为避免喘振状况的最小变速驱动器频率； 将计算的最小变速驱动器频率与一个基于该输出容量参数的变速驱动器频率进行比较； 响应于该最小变速驱动器频率大于该基于该输出容量参数的变速驱动器频率修改该输出容量参数；以及 向该压缩机应用该输出容量参数以调整该压缩机的输出容量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述响应于确定测量的至少一个系统运行参数在该限制区域或该超控区域内，调整该输出容量参数包括: 响应于测量的至少一个系统运行参数在该限制区域内，将该输出容量参数限制为一个预定的增加量；以及 响应于测量的至少一个系统运行参数在该超控区域内，将该输出容量参数设定为一个预定的减小量。
3.根据权利要求2所述的方法，其中该预定的增加量是一个基于测量的至少一个系统运行参数的变化量，且该预定的减小量是一个基于测量的至少一个系统运行参数的变化量。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述计算该最小变速驱动器频率包括选择一个预定的最小运行系统频率或一个防喘振最小频率中的较低的一个。
5.根据权利要求4所述的方法，其中使用等熵头和该压缩机中的一个可变几何形状扩压器的位置来计算该防喘振最小频率。
6.根据权利要求4所述的方法，其中在该压缩机的运行期间，该防喘振最小频率是可调整的。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述向该压缩机应用该输出容量参数以调整该压缩机的输出容量包括应用该输出容量参数以控制变速驱动器、可变几何形状扩压器或热气旁通阀中的至少一个。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述测量至少一个系统运行参数包括测量冷凝器压力、蒸发器压力、马达电流或该变速驱动器的输入电流中的至少一个。
9.根据权利要求1所述的方法，其中通过第一预定阈值和第二预定阈值限定该限制区域，且通过该第二预定阈值和第三预定阈值限制该超控区域。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述计算一个输出容量参数包括应用一个比例积分微分控制算法来确定输出容量的百分比变化。
11.根据权利要求10所述的方法，其中基于一个离开的冷却液体温度和一个离开的冷却液体温度设定点的比较确定输出容量的该百分比变化。
12.—种系统,包括: 连接在一个闭合制冷剂回路中的一个压缩机、一个冷凝器、一个膨胀设备和一个蒸发器； 一个马达，被连接至该压缩机以为该压缩机提供动力； 一个变速驱动器，被连接至该马达以为该马达提供动力，该变速驱动器能够操作以向该马达提供一个可变电压且向该马达提供一个可变频率； 一个控制面板，以控制该变速驱动器和该系统的一个或多个部件的运行，该控制面板包括一个微处理器和一个存储器设备； 一个传感器，以测量该系统的运行参数，该传感器与该控制面板通信以提供测量的运行参数；以及 该控制面板能够操作以执行一个控制算法，从而确定一个输出容量调整且将该输出容量调整应用到该压缩机，该输出容量调整是一个来自容量控制程序的输出容量参数，其被根据测量的系统的运行参数而确定的输出限制或输出超控所修改，并维持最小变速驱动器频率以避免喘振状况。
13.根据权利要求12所述的系统，其中该压缩机包括一个离心式压缩机，该离心式压缩机具有一个可变几何形状扩压器和一个热气旁通阀。
14.根据权利要求13所述的系统，其中该控制面板调整该变速驱动器、可变几何形状扩压器或热气旁通阀中的一个或多个，以应用该输出容量调整。
15.根据权利要求12所述的系统，其中该最小变速驱动器频率维持该压缩机中的压力上升的量，以克服冷凝器压力和防止喘振。
16.根据权利要求15所述的系统，其中在系统运行期间增加或减小该最小变速驱动器频率。
17.根据权利要求12所述的系统，其中该传感器测量冷凝器压力、蒸发器压力、马达电流或该变速驱动器的输入电流中的一个。
18.根据权利要求12所述的系统，其中 从针对测量的运行参数的第一预定阈值和针对测量的运行参数的第二预定阈值所限定的一个限制区域确定该输出限制；以及 从针对该第二预定阈值和针对测量的运行参数的第三预定阈值所限定的一个超控区域确定该超控。
19.根据权利要求18所述的系统，其中该输出限制限制压缩机容量中的增加，而该超控减小压缩机容量。
20.根据权利要求12所述的系统，其中该容量控制程序是一个比例积分微分控制算法，该比例积分微分控制算法使用离开的冷却液体温度和离开的冷却液体温度设定点的比较。
【文档编号】F25B9/00GK104220822SQ201380020117
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年4月26日 优先权日:2012年4月30日
【发明者】C·C·克莱恩 申请人:江森自控科技公司