双级压缩系统及其控制方法与流程

1.本申请涉及温度调节技术领域，具体涉及一种双级压缩系统及其控制方法。


背景技术：

2.食品深加工和超低温储藏、石油化工某些工艺流程都会遇到较低蒸发温度的需求，如采用单级压缩机组，最低蒸发温度受限，无法满足工作要求，因此需要采用双级压缩形式。
3.然而对于双级压缩系统而言，机组系统结构复杂，对于压缩系统能效影响较多，当采用单一因素控制时，会导致压缩机组的能效偏低，难以充分发挥双级压缩系统的优势。


技术实现要素：

4.因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种双级压缩系统及其控制方法，能够有效提高低蒸发温度下双级压缩系统的工作能效。
5.为了解决上述问题，本申请提供一种双级压缩系统的控制方法，包括：
6.获取高压级压缩机的实际容积流量；
7.根据最佳中间压力确定高压级压缩机的目标容积流量；
8.获取当前的低压级压缩机的实际排气温度；
9.根据最佳中间压力确定低压级压缩机的目标排气温度；
10.根据目标容积流量对实际容积流量进行调节，根据目标排气温度对实际排气温度进行调节，使得双级压缩系统工作在最佳中间压力状态下。
11.优选地，根据目标容积流量对实际容积流量进行调节的步骤包括：
12.根据目标容积流量获取高压级压缩机的容积流量滑阀目标能级位置e
i目标
；
13.根据实际容积流量获取高压级压缩机的容积流量滑阀实际能级位置e
i
；
14.根据e
i目标
和e
i
控制高压级压缩机的加卸载。
15.优选地，滑阀的能级位置与容积流量之间负相关。
16.优选地，根据e
i目标
和e
i
控制高压级压缩机的加卸载的步骤包括：
17.获取设定目标值界线偏差δe
界限
；
18.当e
i
>e
i目标
+δe
界限
时，加载电磁阀c1开启，卸载电磁阀c2关闭；
19.当e
i
<e
i目标
‑
δe
界限
时，加载电磁阀c1关闭，卸载电磁阀c2开启；
20.当e
i目标
+δe
界限
≥e
i
≥e
i目标
‑
δe
界限
时，加载电磁阀c1关闭，卸载电磁阀c2关闭。
21.优选地，根据e
i目标
和e
i
控制高压级压缩机的加卸载的步骤包括：
22.当e
i
>e
i目标
时，加载电磁阀c1开启，卸载电磁阀c2关闭；
23.当e
i
<e
i目标
时，加载电磁阀c1关闭，卸载电磁阀c2开启；
24.当e
i目标
＝e
i
时，加载电磁阀c1关闭，卸载电磁阀c2关闭。
25.优选地，容积流量滑阀目标能级位置e
i目标
通过如下方式获得：
26.获取实际蒸发温度t
蒸发
；
27.获取实际冷凝温度t
冷凝
；
28.获取能级位置曲线，能级位置曲线为容积流量滑阀能级位置与高压级压缩机的容积流量之间的对应关系曲线；
29.根据实际蒸发温度t
蒸发
、实际冷凝温度t
冷凝
以及能级位置曲线计算容积流量滑阀目标能级位置e
i目标
。
30.优选地，容积流量滑阀能级位置通过如下方式进行调节：
31.获取能级位置传感器输出的电流信号；
32.根据能级位置传感器输出的电流信号调节容积流量滑阀能级位置；
33.其中能级位置传感器输出的电流信号范围为a～b，当电流信号为a时，能级位置在a％，当电流信号为b时，能级位置在b％，当电流信号为c，且a＜c＜b时，能级位置在c％，(c
‑
a)/(b
‑
a)＝(c
‑
a)/(b
‑
a)。
34.优选地，能级位置曲线通过如下方式获得：
35.根据不同蒸发温度、不同冷凝温度计算不同工况下的最佳中间压力值p
m
，并绘制中间压力曲线；
36.根据中间压力曲线，计算不同蒸发温度和不同冷凝温度下高压级压缩机的目标容积流量q
v高
；
37.计算不同目标容积流量q
v高
与容积流量滑阀能级位置之间的对应关系，并根据该对应关系绘制能级位置曲线。
38.优选地，根据最佳中间压力确定低压级压缩机的目标排气温度的步骤包括：
39.根据最佳中间压力确定低压级排气与补气混合后的目标混合冷媒温度t
混
；
40.获取当前的混合冷媒温度tt4；
41.根据目标混合冷媒温度t
混
和当前的混合冷媒温度tt4确定低压级压缩机的目标排气温度。
42.优选地，根据目标排气温度对实际排气温度进行调节的步骤包括：
43.根据目标排气温度与实际排气温度之间的差值对油温调节阀进行控制。
44.优选地，根据目标排气温度与实际排气温度之间的差值对油温调节阀进行控制的步骤包括：
45.当实际排气温度大于目标排气温度时，控制油温调节阀关闭；
46.当实际排气温度小于或等于目标排气温度时，控制油温调节阀开启。
47.根据本申请的另一方面，提供了一种双级压缩系统，包括低压级压缩机、高压级压缩机、油分离器、室外换热器、补气装置、节流装置、室内换热器和回油系统，低压级压缩机与高压级压缩机串联，高压级压缩机上设置有调节高压级压缩机的容积流量的调节装置，双级压缩系统应用了上述的双级压缩系统的控制方法。
48.优选地，补气装置包括经济器、换热管路和补气管路，换热管路和补气管路并联，并在经济器内进行换热，补气管路进入经济器之前的管路上设置有补气调节阀，补气管路连接至低压级压缩机和高压级压缩机之间的串联管路上。
49.优选地，回油系统的进油端连接至油分离器的回油端，回油系统的出油端分别连接至低压级压缩机和高压级压缩机的回油口，回油系统的回油管路上并联有油冷却器，与油冷却器并联的回油管路上设置有油温调节阀。
50.优选地，高压级压缩机为螺杆压缩机，调节装置包括设置在高压级压缩机上的滑阀，高压级压缩机上还设置有控制高压级压缩机进行加载的加载电磁阀和控制高压级压缩机进行卸载的卸载电磁阀。
51.本申请提供的双级压缩系统的控制方法，包括：获取高压级压缩机的实际容积流量；根据最佳中间压力确定高压级压缩机的目标容积流量；获取当前的低压级压缩机的实际排气温度；根据最佳中间压力确定低压级压缩机的目标排气温度；根据目标容积流量对实际容积流量进行调节，根据目标排气温度对实际排气温度进行调节，使得双级压缩系统工作在最佳中间压力状态下。本申请的双级压缩系统，通过压缩机容积流量的控制与低压级压缩机的排气温度的控制共同对双级压缩系统进行调节，能够从压缩机的排气温度以及压缩机的容积流量两个方面共同对压缩机的运行状态进行调节，使得高压级压缩机的容积流量以及低压级压缩机的排气温度与补气的混合温度均能够工作在最佳中间压力状态下，进而保证双级压缩系统能够工作在最佳总价工作压力下，从而能够有效提高双级压缩系统的两级压缩效率，提高低蒸发温度下双级压缩系统的工作能效。
附图说明
52.图1为本申请实施例的双级压缩系统的结构原理图；
53.图2为本申请实施例的双级压缩系统的控制方法流程图。
54.附图标记表示为：
55.1、低压级压缩机；2、高压级压缩机；3、油分离器；4、室外换热器；5、节流装置；6、室内换热器；7、油冷却器；8、油温调节阀；9、经济器；10、换热管路；11、补气管路；12、补气调节阀。
具体实施方式
56.结合参见图1至图2所示，根据本申请的实施例，双级压缩系统包括低压级压缩机1、高压级压缩机2、油分离器3、室外换热器4、补气装置、节流装置5、室内换热器6和回油系统，低压级压缩机1与高压级压缩机2串联，高压级压缩机2为螺杆压缩机，回油系统的进油端连接至油分离器3的回油端，回油系统的出油端分别连接至低压级压缩机1和高压级压缩机2的回油口，高压级压缩机2上设置有调节机构、控制高压级压缩机2进行加载的加载电磁阀和控制高压级压缩机2进行卸载的卸载电磁阀，回油系统的回油管路上并联有油冷却器7，与油冷却器7并联的回油管路上设置有油温调节阀8。调节机构例如为滑阀。
57.本申请的双级压缩系统，通过压缩机容积流量的控制与供油温度的控制共同对双级压缩系统进行调节，能够从压缩机的排气温度以及压缩机的负载与容积流量的匹配度上对压缩机的运行状态进行调节，能够有效提高双级压缩系统的两级压缩效率，提高低蒸发温度下双级压缩系统的工作能效。
58.补气装置包括经济器9、换热管路10和补气管路11，换热管路10和补气管路11并联，并在经济器9内进行换热，补气管路11进入经济器9之前的管路上设置有补气调节阀12，补气管路11连接至低压级压缩机1和高压级压缩机2之间的串联管路上。
59.本申请中采用经济器9作为补气装置的一部分，能够利用换热管路10与补气管路11在经济器9内的换热作用，通过补气管路11来吸收换热管路10内的热量，对换热管路10进
行过冷，使得换热管路10能够具有更大的冷量，在进入室内换热器6时可以提供更大的蒸发量，提高双级压缩系统的最低蒸发温度，同时补气管路11能够利用所吸收的换热管路10的热量，提高补气温度，有效提高补气效率，提高双级压缩系统的工作能效。
60.在低压级压缩机1的吸气口设置有吸气压力传感器pt1和吸气温度传感器tt1，在高压级压缩机2的排气口设置有排气压力传感器pt2和排气温度传感器tt2；在补气口设置有补气压力传感器pt3和补气温度传感器tt3；低压级压缩机1的排气与补气装置的补气混合后的混合冷媒温度传感器tt4，高压级压缩机2为喷油螺杆压缩机，带有容积流量滑阀，高压级压缩机2上设置有能级位置传感器ei1。高压级压缩机2上还连接有加载控制管路和卸载控制管路，在加载控制管路上设置有加载电磁阀c1，在卸载控制管路上设置有卸载电磁阀c2，通过控制加载电磁阀c1和卸载电磁阀c2，能够方便地控制高压级压缩机2的加卸载。
61.润滑油从油分离器3被分离出来之后，经过回油系统进行回油，在回油过程中，可以通过调节油温调节阀8的开关来调节进入到低压级压缩机1以及高压级压缩机2内的润滑油温度，进而对高压级压缩机2的入口状态比容进行调节，实现对双级压缩系统的两级压缩效率的调节，提高双级压缩系统的工作能效。
62.结合参见图2所示，根据本申请的实施例，一种上述的双级压缩系统的控制方法包括：获取高压级压缩机2的实际容积流量；根据最佳中间压力确定高压级压缩机2的目标容积流量；获取当前的低压级压缩机1的实际排气温度；根据最佳中间压力确定低压级压缩机1的目标排气温度；根据目标容积流量对实际容积流量进行调节，根据目标排气温度对实际排气温度进行调节，使得双级压缩系统工作在最佳中间压力状态下。
63.根据目标容积流量对实际容积流量进行调节的步骤包括：根据目标容积流量获取高压级压缩机2的容积流量滑阀目标能级位置e
i目标
；根据实际容积流量获取高压级压缩机2的容积流量滑阀实际能级位置e
i
；根据e
i目标
和e
i
控制高压级压缩机2的加卸载。根据目标排气温度对实际排气温度进行调节的步骤包括：根据目标排气温度与实际排气温度之间的差值对油温调节阀8进行控制。
64.在本实施例中，通过对容积流量滑阀目标能级位置和容积流量滑阀实际能级位置进行比较，可以确定当前的高压级压缩机2的负载与实际容积流量是否匹配，并根据比较结果对高压级压缩机2的负载进行调节，使得压缩机的负载能够与压缩机的实际容积流量相匹配，从而提高压缩机的工作能效。
65.滑阀的能级位置与容积流量之间负相关。滑阀的能级位置越大，容积流量越小。当滑阀的能级位置过大时，就需要加载电磁阀，增大容积流量。
66.在一个实施例中，根据e
i目标
、e
i
和δe
界限
控制高压级压缩机2的加卸载的步骤包括：获取设定目标值界线偏差δe
界限
；当e
i
>e
i目标
+δe
界限
时，加载电磁阀c1开启，卸载电磁阀c2关闭，此时高压级压缩机2加载，容积流量变大，滑阀的能级位置降低，使得当前的滑阀能级位置向着滑阀的目标能级位置靠近；当e
i
<e
i目标
‑
δe
界限
时，加载电磁阀c1关闭，卸载电磁阀c2开启，此时高压级压缩机2卸载，容积流量变小，滑阀的能级位置提高，使得当前的滑阀能级位置向着滑阀的目标能级位置靠近；当e
i目标
+δe
界限
≥e
i
≥e
i目标
‑
δe
界限
时，加载电磁阀c1关闭，卸载电磁阀c2关闭。
67.在一个实施例中，根据e
i目标
和e
i
控制高压级压缩机2的加卸载的步骤包括：当e
i
>e
i目标
时，加载电磁阀c1开启，卸载电磁阀c2关闭；当e
i
<e
i目标
时，加载电磁阀c1关闭，卸载电磁
阀c2开启；当e
i目标
＝e
i
时，加载电磁阀c1关闭，卸载电磁阀c2关闭。
68.当高压级压缩机2的实际能级大于目标能级上限，高压级压缩机2加载，当实际能级小于目标能级下限时，高压级压缩机2卸载。通过调节高压级压缩机2的实际容积流量，使其与高压级压缩机2的负载相匹配，从而起到提高机组能效的作用。
69.容积流量滑阀目标能级位置e
i目标
通过如下方式获得：获取实际蒸发温度t
蒸发
；获取实际冷凝温度t
冷凝
；获取能级位置曲线，能级位置曲线为容积流量滑阀能级位置与高压级压缩机2的容积流量之间对应关系曲线；根据实际蒸发温度t
蒸发
、实际冷凝温度t
冷凝
以及能级位置曲线计算容积流量滑阀目标能级位置e
i目标
。
70.其中实际蒸发温度t
蒸发
通过吸气压力传感器所测得的吸气压力pe计算获得，实际冷凝温度t
冷凝
通过排气压力传感器所测得的排气压力pd计算获得。
71.容积流量滑阀能级位置通过如下方式进行调节：获取能级位置传感器输出的电流信号；根据能级位置传感器输出的电流信号调节容积流量滑阀能级位置；其中能级位置传感器输出的电流信号范围为a～b，当电流信号为a时，能级位置在a％，当电流信号为b时，能级位置在b％，当电流信号为c，且a＜c＜b时，能级位置在c％，(c
‑
a)/(b
‑
a)＝(c
‑
a)/(b
‑
a)。
72.例如，检测能级位置传感器输出的4～20ma信号，当传感器输出4ma时，能级位置在10％，当传感器输出20ma信号时，能级位置在100％，中间位置根据线性计算，当传感器输出12ma时，能级位置在(12
‑
4)/(20
‑
4)*
73.(100
‑
10)％＝45％，即，当传感器输出12ma时，能级位置在45％。
74.能级位置曲线通过如下方式获得：根据不同蒸发温度、不同冷凝温度计算不同工况下的最佳中间压力值p
m
，并绘制中间压力曲线；根据中间压力曲线，计算不同蒸发温度和不同冷凝温度下高压级压缩机2的目标容积流量q
v高
；计算不同目标容积流量q
v高
与容积流量滑阀能级位置之间的对应关系，并根据该对应关系绘制能级位置曲线，在获得该能级位置曲线之后，可以将能级位置曲线存储在双级压缩系统的存储器中，从而在需要调整目标容积流量时，确定该目标容积流量所对应的滑阀能级位置，进而对滑阀能级位置进行调节，使得高压级压缩机2能够处于最佳中间压力所对应的容积流量下。
75.根据最佳中间压力确定低压级压缩机1的目标排气温度的步骤包括：根据最佳中间压力确定低压级排气与补气混合后的目标混合冷媒温度t
混
；获取当前的混合冷媒温度tt4；根据目标混合冷媒温度t
混
和当前的混合冷媒温度tt4确定低压级压缩机1的目标排气温度。
76.在双级压缩系统运行过程中，两级压缩存在最佳中间压力，最佳中间压力是通过容积流量滑阀调节容积流量实现的。当中间压力确定后，可计算出该工况低压级压缩机的最佳排气温度，此时最佳排气温度可以通过油温调节阀8控制喷油温度实现，从而使得双级压缩系统不仅能够运行在最佳中间压力，还能够运行在最佳排气温度，从而获得最佳能效比。
77.同时，还可以根据低压级压缩机1的排气与补气混合后的混合冷媒温度tt4与目标混合冷媒温度t
混
进行比较，来判断是否达到低压级压缩机1的最佳排气温度。同单级压缩不同，两级压缩能效不仅与中间压力有关，还与高压级压缩机2的吸气口状态有关，因此通过对中间压力以及低压级排气温度对两级压缩能效的共同控制，能够有效提高两级压缩的能效。
78.在本实施例中，当最佳中间压力确定之后，补气温度也相应确定，此时补气温度在确定的最佳中间压力下恒定，因此要达到最佳的目标混合冷媒温度，需要对低压级压缩机1的排气温度进行调节即可实现。由于最佳中间压力有对应的目标混合冷媒温度值，因此可以在通过蒸发温度和冷凝温度确定出最佳中间压力之后，根据该最佳中间压力确定目标混合冷媒温度值，然后根据当前的混合冷媒温度来确定低压级压缩机1的目标排气温度，进而根据低压级压缩机1的实际排气温度与目标排气温度之间的差值，来对油温调节阀8进行控制，进而通过油温调节阀8的控制，使得低压级压缩机1的实际排气温度调节到目标排气温度，使得低压级压缩机1和高压级压缩机2之间的中间压力能够处于最佳中间压力下，保证双加压缩系统的工作能效。
79.根据目标排气温度与实际排气温度之间的差值对油温调节阀8进行控制的步骤包括：当实际排气温度大于目标排气温度时，控制油温调节阀8关闭；当实际排气温度小于或等于目标排气温度时，控制油温调节阀8开启。
80.由于低压级压缩机1的实际排气温度的变化与混合冷媒温度的变化是一致的，且低压级压缩机1的实际排气温度的调节是由实际混合冷媒温度tt4与目标混合冷媒温度t
混
的差值所确定的目标排气温度决定的，因此，油温调节阀8的控制实际上可以通过实际混合冷媒温度tt4与目标混合冷媒温度t
混
的差值来实现，具体为，当tt4＞t
混
时，控制油温调节阀8关闭；当tt4≤t
混
时，控制油温调节阀8开启。
81.根据蒸发温度和冷凝温度得到最佳中间压力的值后，通过调节高压级容积流量能够保证系统工作在最佳中间压力的状态下，又由于不同的中间压力对应不同的混合冷媒温度，因此还需要调节油温调节阀8，将排气温度控制到系统在最佳中间压力工作时所对应的混合冷媒温度，提高两级压缩的能效比。
82.本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
83.以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。