螺杆式冷水机组及其控制方法、系统与流程

本发明涉及冷水机组控制技术领域，具体而言，涉及一种螺杆式冷水机组及其控制方法、系统。

背景技术：

某些特殊场合，螺杆式冷水机组对于负荷输出调节范围要求较为严格，需要实现0％～100％负荷无极调节，亦或是当末端负荷变化，冷冻水温上升后，需要机组立即增大输出负荷。

目前常规螺杆式冷水机组负荷调节范围在25％～100％，采用冷媒旁通等形式也只能将负荷调整范围拓展至10％～100％，难以实现0％～100％的负荷输出调节；

常规螺杆式冷水机组在运行过程中，一般通过控制冷冻出水温度(也可通过冷冻进水温度)来调整负荷输出，当冷冻出水温度低于设定值时，机组(压缩机)开始卸载，降低负荷输出，如果水温持续降低，则机组(压缩机)持续卸载至最小负荷，并关闭机组(压缩机)。当冷冻出水温度上升至设定温度以上，且停机间隔达到一定值时，机组才重新启动，输出负荷。无法满足末端负荷变化时，冷冻水温上升后，机组立即改变增大负荷输出的要求。

因此一种螺杆式冷水机组零负荷输出不停机运行方式有待提出，来满足特殊场合使用要求。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种螺杆式冷水机组及其控制方法、系统，以解决现有螺杆式冷水机组无法在不停机的情况下实现零负荷输出的技术问题。

本发明实施方式提供了一种螺杆式冷水机组，包括：冷凝器；冷却水流路，其中的冷却水流过所述冷凝器；蒸发器；冷冻水流路，其中的冷冻水流过所述蒸发器；换热器，其用于将所述冷冻水流路的冷冻水出水和所述冷却水流路的冷却水出水进行换热；阀门，其用于调节所述冷却水进入所述换热器的通量；传感器组，其用于检测所述冷冻水流路中冷却水流出所述蒸发器的冷却水出水温度、所述冷冻水流路的冷冻水进水温度和冷冻水出水温度；控制器，其用于根据所述冷却水出水温度、所述冷冻水进水温度控制所述阀门和/或换热器，以调控所述冷冻水出水温度，调节所述冷水机组的输出负荷。

在一个实施方式中，所述冷水机组的输出负荷性能系数的范围为0％～100％。

在一个实施方式中，所述换热器的换热量大于等于预设量；其中，所述预设量为所述冷水机组输出负荷的25％。

在一个实施方式中，所述换热器为板式换热器。

在一个实施方式中，所述冷却水流路包括冷却水进水管和冷却水出水管；所述冷冻水流路包括冷冻水进水管和冷冻水出水管；所述板式换热器分别与所述冷却水出水管的旁路管道、所述冷冻水出水管的旁路管道连接，所述阀门设置在所述冷却水出水管道与所述板式换热器连接的旁路管道处。

在一个实施方式中，所述阀门包括电动阀和/或电磁阀。

根据本发明另一发明，还提供了一种冷水系统，包括多个冷水机组，多个所述冷水机组中包括至少一个所述的螺杆式冷水机组。

根据发明的另一方面，还提供了一种用于螺杆式冷水机组的控制方法，包括：检测螺旋式冷水机组的冷却水出水温度、冷冻水进水温度、冷冻水出水温度，其中，所述冷却水出水温度为冷却水流路中的冷却水流过冷凝器后的出水温度，所述冷冻水进水温度为冷冻水流路中的冷冻水流过蒸发器前的进水温度；所述冷冻水出水温度为所述冷冻水流路中的冷冻水流过蒸发器后的出水温度；根据所述冷却水出水温度、所述冷冻水进水温度控制阀门和/或换热器，以利用所述冷却水出水来调整所述冷冻出水温度，调节所述冷水机组的输出负荷。

在一个实施方式中，在所述根据所述冷却水出水温度、所述冷冻水进水温度控制阀门和/或换热器之前，包括：获取所述冷水机组的目标输出负荷性能系数；当所述冷水机组的目标输出负荷性能系数满足预设条件时，控制压缩机按预设负荷范围运行，其中，所述预设负荷运行范围大于等于所述压缩机的最小额定运行负荷。

在一个实施方式中，所述根据所述冷却水出水温度、所述冷冻水进水温度控制阀门和/或换热器，包括：若获取到的冷水机组的当前输出负荷性能系数小于所述目标输出负荷性能系数，控制阀门开启或增加阀门的开度，以增加所述冷却水出水与所述冷冻水出水的换热量，使冷冻水出水温度上升；若获取到的冷水机组的当前输出负荷性能系数大于所述目标输出负荷性能系数，控制阀门关闭或减小阀门的开度，以减小所述冷却水出水与所述冷冻水出水的换热量，使冷冻水出水温度下降。

在一个实施方式中，所述预设条件为所述目标输出负荷性能系数大于等于0％且小于等于25％。

在上述实施例中，该控制方法通过在螺杆式冷水机组中增设换热器和阀门，利用螺杆式冷水机组冷却出水来调整冷冻出水温度，在此期间压缩机无需停机。当冷冻出水温度达到设定值时，即使压缩运行输出负荷达到最小，机组也能够降低输出负荷范围，甚至实现机组零负荷输出，拓宽了冷水机组负荷输出范围，且在零负荷输出下能保持机组长时间运行。解决了现有螺杆式冷水机组无法在不停机的情况下实现零负荷输出的技术问题，一方面能够实现螺杆式冷水机组负荷输出大范围的无极调节，另一方面通过不停机的方式实现负荷零输出，并能够快速加载，负荷响应速度快，能够满足例如核电等特殊场合对于冷水机组输出负荷要求调节范围大，对于负荷变化响应快的应用要求。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种可选的在零负荷输出不停机运行方式下的螺杆式冷水机组的示意图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的在零负荷输出不停机运行方式下的螺杆式冷水机组的局部示意图；

图3是根据现有技术的一种常规螺杆式冷水机组的局部示意图；

图4是根据本发明实施例的一种螺杆式冷水机组的蒸发器及接管的局部示意图；

图5是根据本发明实施例的一种螺杆式冷水机组的控制方法的流程示意图。

附图标记：

图中：100为螺杆式冷水机组；0为压缩机；1为蒸发器；2为冷冻水进水管；3为冷冻水出水管；4为冷凝器；5为冷却水进水管；6为冷却水出水管；7为换热器；8为电动阀；9为冷冻水进水温度传感器；10为冷冻水出水温度传感器；11为冷却水进水温度传感器；12为冷却水出水温度传感器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

考虑到现有的螺杆式冷水机组无法实现冷水机组输出负荷的较大范围的无极调节，亦或是无法在不停机的情况下实现零负荷输出。针对产生上述技术问题的根本原因，本发明考虑可以采用一种螺杆式冷水机组零负荷输出不停机运行方式，通过换热器，利用螺杆式冷水机组冷冻进水来调整冷冻出水温度，当冷冻出水温度达到设定值时，即使压缩运行输出负荷达到最小，机组也能够降低输出负荷范围，甚至实现机组零负荷输出，使冷水机组负荷输出(或称为输出负荷性能系数)范围达到0％～100％，且在零负荷输出下能保持机组长时间运行，来满足核电等特殊场合的使用要求。从而可以解决现有螺杆式冷水机组无法在不停机的情况下实现零负荷输出的技术问题，一方面能够实现螺杆式冷水机组负荷输出较大范围的无极调节，另一方面通过不停机的方式实现负荷零输出，并能够快速加载，负荷响应速度快，能够满足例如核电等特殊场合对于冷水机组输出负荷要求调节范围大，对于负荷变化响应快的应用要求。

基于上述思考思路，本申请实施方式提供了一种螺杆式冷水机组，图1是根据本发明实施例的一种可选的在零负荷输出不停机运行方式下的螺杆式冷水机组的示意图，如图1所示，该螺杆式冷水机组100包括：蒸发器1、冷凝器4、冷却水流路(如图1所示的5和6)、冷冻水流路(如图1所示的2和3)、换热器7、阀门8、传感器组(如图1所示的9、10、12)、控制器(图1中未示出)，其中，

冷却水流路(如图1所示的5和6)、该冷却水流路中的冷却水流过冷凝器4；

冷冻水流路(如图1所示的2和3)，该冷冻水流路中的冷冻水流过蒸发器1；

换热器7，其用于将冷冻水流路的冷冻水出水(如图1所示的3)和冷却水流路的冷却水出水(如图1所示的6)进行换热；

阀门8，其用于调节冷却水进入换热器7的通量；

传感器组，其用于检测冷冻水流路中冷却水流出蒸发器的冷却水出水温度(如图1所示的12)、冷冻水流路的冷冻水进水温度(如图1所示的9)和冷冻水出水温度(如图1所示的10)；优选地，上述传感器组还包括用于检测冷却水进水温度的冷却水进水温度传感器11。控制器(图1中未示出)，其用于根据冷却水出水温度、冷冻水进水温度控制阀门8和/或换热器7，以调控冷冻水出水温度，调节冷水机组的输出负荷。

该螺杆式冷水机组100通过增设换热器7和阀门8，利用螺杆式冷水机组100冷却出水来调整冷冻出水温度，在此期间压缩机0无需停机。当冷冻出水温度达到设定值时，即使压缩运行输出负荷达到最小，机组也能够降低输出负荷范围，甚至实现机组零负荷输出，使冷水机组负荷输出范围增大，且在零负荷输出下能保持机组长时间运行。解决了现有螺杆式冷水机组无法在不停机的情况下实现零负荷输出的技术问题，一方面能够实现螺杆式冷水机组负荷输出大范围的无极调节，另一方面通过不停机的方式实现负荷零输出，并能够快速加载，负荷响应速度快，能够满足例如核电等特殊场合对于冷水机组输出负荷要求调节范围大，对于负荷变化响应快的应用要求。

上述实施例中的，冷水机组的输出负荷性能系数的范围为0％～100％。

通过螺杆式冷水机组零负荷输出不停机运行方式，一方面能够实现螺杆式冷水机组负荷输出0％～100％的无极调节，另一方面通过不停机的方式实现负荷零输出，并能够快速加载，负荷响应速度快，能够满足例如核电等特殊场合对于冷水机组输出负荷要求调节范围大，对于负荷变化响应快的应用要求。

在一个优选的实施例中，上述冷却水流路包括冷却水进水管5和冷却水出水管6；

冷冻水流路包括冷冻水进水管2和冷冻水出水管3；

板式换热器7分别与冷却水出水管6的旁路管道、冷冻水出水管3的旁路管道连接，

阀门8设置在冷却水出水管道与板式换热器连接的旁路管道处。

优选上述实施例中的换热器可以为板式换热器。该板式换热器能够将刚流过蒸发器而出的冷冻水出水改变温度，通过将冷冻水出水和流出冷凝器的冷却水出水交换热量，使冷冻水出水在流出该冷冻水出水管时温度变高，这样可以调节实际输出负荷，使实际输出负荷能够比一般的最小极限值更小，甚至达到零负荷输出，而此时的压缩机仍可以以较小负荷运行，并不用停机，实现了在压缩机不停机的情况下输出负荷达到零。

通过上述实施例，能够通过阀门8控制冷却水出水管6的旁路管道的旁通量，通过控制阀门8的开闭或调节阀门8的开度来控制旁通量，以控制冷却水出水和冷冻水出水的换热量，使冷冻水出水根据实际情况调节到合适的温度，从而来调控冷冻水出水温度达到预设值，最终调节冷水机组的实际负荷输出，以满足核电等特殊场合的需要，调控范围更大，实现输出负荷性能系数0％～100％的无极调节。

图2是根据本发明实施例的一种可选的在零负荷输出不停机运行方式下的螺杆式冷水机组的局部示意图，如图2所示，对于冷水机组而言，其实际输出负荷大小可由冷冻水流量以及冷冻水进出水温差计算得出：

q＝cm(tchill_in-tchill_out)

其中：q为实际输出负荷大小；c为冷冻水的比热，可视为一定值；m为冷冻水的质量流量；tchill_in为冷冻水进水温度，由附图2中2管口安装的冷冻水进水温度传感器9测量得出；tchill_out为冷冻水出水温度，由附图2中3管口安装的冷冻水出水温度传感器10测量得出。

相比常规螺杆式冷水机组，采用一种螺杆式冷水机组零负荷输出不停机运行方式的冷水机组增加了附图中部件7(及接管)与部件8，部件7按照换热量不小于冷水机组输出负荷25％进行选型。常规螺杆式冷水机组由于其压缩机限制，输出负荷不能降到特别低(一般最低25％左右)，因此，当机组在运行时，肯定会有负荷输出，冷冻出水温度低于冷冻进水温度，tchill_in-tchill_out＞0。

图3是根据现有技术的一种常规螺杆式冷水机组的局部示意图，如图3所示，当冷水机组需要将输出负荷降低至25％以下甚至是0％运行时，压缩机最低可按其设计最小负荷运行，此时对于蒸发器1而言，其仍然会按照压缩机输出负荷进行制冷，蒸发器1冷冻水出口处，也即部件3进口处冷冻水温度会低于机组冷冻进水温度，此时t3'＜t2'＝tchill_in，此时压缩机输出负荷量qcom大小为：

qcom＝cm(tchill_in-t3')

t3'≤tchill_out

图4是根据本发明实施例的一种螺杆式冷水机组的蒸发器及接管的局部示意图，如图4所示，根据阀门8(或者冷却水出水温度传感器12)与冷冻水进水温度传感器9检测出的温度，通过控制阀门8的开度，以及利用换热器7，可以通过调整冷却水的旁通量来改变换热量的大小来调整(提升)冷冻水出水管3出口处冷冻水水温tchill_out。随着阀门8开度的增加，冷冻水出水水温tchill_out逐渐升高(此时应避免tchill_out升的过高，造成机组加载)，冷冻水进、出水温差tchill_in-tchill_out逐渐减小；当部件8开度增加到一定值时，冷冻水进、出水温差tchill_in-tchill_out＝0，此时冷水机组输出负荷即可达到0％。

因此，通过该方法，冷水机组能够实现输出负荷0％～100％的无极调节，同时压缩机还能够按照其设计最小负荷输出安全运行。

在一个可选的实施例中，换热器的换热量大于等于预设量；其中，该预设量为冷水机组输出负荷的25％。也即该换热器7按照换热量不小于冷水机组输出负荷25％进行选型。选择这样的换热器，能够实现有效快速地将冷凝器4的冷却水出水和蒸发器1的冷冻水出水进行换热，并且在冷水机组输出负荷性能系数需要调整到小于等于25％时，换热器能够实现换热量大于冷水机组输出负荷25％的换热，在压缩机运行负荷较高时，冷冻水出水的温度能够调节到较高温度，此时可以再通过降低压缩机输出负荷的方式，实现机组在不停机的情况下，输出负荷0％～100％的无极调节。

在一个可选的实施例中，阀门包括电动阀、电磁阀或二者的组合。

当阀门是电动阀时，控制器可以调节阀门的开启、关闭、还可以精确调节其开度，能够实现精确地控制冷水机组的负荷输出；而采用电磁阀的阀门，也可以通过控制其开闭，来实现利用冷却水出水来调节冷冻水出水温度，从而调节冷水机组的负荷输出。

在一个应用场景中，阀门8在采用电磁阀后，由于电磁阀只能进行开停控制，无法实现冷却水旁通量的精确调节，因此也无法实现冷冻水出水温度的精确调整。

当冷水机组需要将输出负荷调整至25％以下时，压缩机按设计最小负荷运行，给阀门8通电，阀门8打开，冷冻水出水温度会出现一定程度上升，压缩机会进行加载，增大负荷输出。

当阀门8处于关闭时，在机组输出负荷处于25％时，机组输出负荷等于压缩机输出负荷。

q25％＝cm(tchill_in-tchill_out)

t3‘＝tchill_out

当部件8开启后，当机组输出负荷处于25％时，

t3‘＜tchill_out

也即压缩机此时输出负荷并不处于其设计运行最小值，

qcom＝cm(tchill_in-t3')＞q25％

此时，可以通过降低压缩机运行负荷实现降低机组输出负荷，实现机组在不停机的情况下，输出负荷0％～100％的无极调节。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种冷水系统，该冷水系统包括多个冷水机组，多个冷水机组中包括至少一个上述的螺杆式冷水机组。

在多个冷水机组组成的冷水系统中，也可以通过上述方式来实现不停机情况下零负荷的负荷输出，实现机组负荷性能系数0％～100％的无极调节。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种用于螺杆式冷水机组的控制方法，图5是根据本发明实施例的一种螺杆式冷水机组的控制方法的流程示意图，如图5所示，该控制方法包括：

s101，检测螺旋式冷水机组的冷却水出水温度、冷冻水进水温度、冷冻水出水温度，

其中，冷却水出水温度为冷却水流路中的冷却水流过冷凝器后的出水温度，冷冻水进水温度为冷冻水流路中的冷冻水流过蒸发器前的进水温度；冷冻水出水温度为冷冻水流路中的冷冻水流过蒸发器后的出水温度；

s103，根据冷却水出水温度、冷冻水进水温度控制阀门和/或换热器，以利用冷却水出水来调整冷冻出水温度，调节冷水机组的输出负荷。

该螺杆式冷水机组100通过增设换热器7和阀门8，利用螺杆式冷水机组100冷却出水来调整冷冻出水温度，在此期间压缩机0无需停机。当冷冻出水温度达到设定值时，即使压缩运行输出负荷达到最小，机组也能够降低输出负荷范围，甚至实现机组零负荷输出，使冷水机组负荷输出范围达到0％～100％，且在零负荷输出下能保持机组长时间运行。解决了现有螺杆式冷水机组无法在不停机的情况下实现零负荷输出的技术问题，一方面能够实现螺杆式冷水机组负荷输出大范围的无极调节，另一方面通过不停机的方式实现负荷零输出，并能够快速加载，负荷响应速度快，能够满足例如核电等特殊场合对于冷水机组输出负荷要求调节范围大，对于负荷变化响应快的应用要求。

上述实施例中的，冷水机组的输出负荷性能系数的范围为0％～100％。

通过螺杆式冷水机组零负荷输出不停机运行方式，一方面能够实现螺杆式冷水机组负荷输出0％～100％的无极调节，另一方面通过不停机的方式实现负荷零输出，并能够快速加载，负荷响应速度快，能够满足例如核电等特殊场合对于冷水机组输出负荷要求调节范围大，对于负荷变化响应快的应用要求。

在一个可选的实施例中，上述步骤s101，在根据冷却水出水温度、冷冻水进水温度控制阀门和/或换热器之前，该控制方法包括：

s101a，获取冷水机组的目标输出负荷性能系数；

s101b，当冷水机组的目标输出负荷性能系数满足预设条件时，控制压缩机按预设负荷范围运行，其中，预设负荷运行范围大于等于压缩机的最小额定运行负荷。

优选上述预设条件为上述冷水机组的目标输出负荷性能系数大于等于0％且小于等于25％。

上述步骤s101，根据冷却水出水温度、冷冻水进水温度控制阀门和/或换热器，包括：

若获取到的冷水机组的当前输出负荷性能系数小于目标输出负荷性能系数，控制阀门开启或增加阀门的开度，以增加冷却水出水与冷冻水出水的换热量，使冷冻水出水温度上升；

若获取到的冷水机组的当前输出负荷性能系数大于目标输出负荷性能系数，控制阀门关闭或减小阀门的开度，以减小冷却水出水与冷冻水出水的换热量，使冷冻水出水温度下降。

通过本发明上述实施例，可以实现如下技术效果：

1、能够拓宽常规螺杆式冷水机组负荷输出25％～100％范围，实现冷水机组输出负荷0％～100％的无极调节；

2、改变了常规螺杆机组实现零负荷输出时必须停机的方式，通过该方式，冷水机组可以无需停机，并实现机组负荷零输出，当末端负荷发生变化时，可以快速加载输出负荷。

在一个可选的实施例中，阀门包括电动阀、电磁阀或二者的组合。

当阀门是电动阀时，控制器可以调节阀门的开启、关闭、还可以精确调节其开度，能够实现精确地控制冷水机组的负荷输出；而采用电磁阀的阀门，也可以通过控制其开闭，来实现利用冷却水出水来调节冷冻水出水温度，从而调节冷水机组的负荷输出。

在一个应用场景中，阀门8在采用电磁阀后，由于电磁阀只能进行开停控制，无法实现冷却水旁通量的精确调节，因此也无法实现冷冻水出水温度的精确调整。

当冷水机组需要将输出负荷调整至25％以下时，压缩机按设计最小负荷运行，给阀门8通电，阀门打开，冷冻水出水温度tchill_out会出现一定程度上升，压缩机会进行加载，增大负荷输出。

当阀门8处于关闭时，在机组输出负荷处于25％时，机组输出负荷等于压缩机输出负荷。

q25％＝cm(tchill_in-tchill_out)

t3‘＝tchill_out

当阀门8开启后，当机组输出负荷处于25％时，

t3‘＜tchill_out

也即压缩机此时输出负荷并不处于其设计运行最小值，

qcom＝cm(tchill_in-t3')＞q25％

此时，可以通过降低压缩机运行负荷实现降低机组输出负荷，实现机组在不停机的情况下，输出负荷0％～100％的无极调节。

通过上述实施例中的螺杆式冷水机组及其控制方法、系统，可以实现如下技术效果：

1、能够拓宽常规螺杆式冷水机组负荷输出25％～100％范围，实现冷水机组输出负荷0％～100％的无极调节；

2、改变了常规螺杆机组实现零负荷输出时必须停机的方式，通过该方式，冷水机组可以无需停机，并实现机组负荷零输出，当末端负荷发生变化时，可以快速加载输出负荷。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。