涡轮制冷机及其控制方法

文档序号:5490160阅读:397来源:国知局
专利名称:涡轮制冷机及其控制方法
技术领域
本发明涉及具备二级压缩制冷剂的涡轮压縮机的涡轮制冷机及其 控制方法。
背景技术
作为用于涡轮制冷机的制冷剂压縮机的涡轮压縮机,多使用二级 压縮制冷剂的二级涡轮压縮机。二级涡轮压縮机具备第一叶轮和位于 该第一叶轮下游的第二叶轮。这样的二级涡轮压縮机有在各叶轮的制 冷剂吸入口分别具备第一入口叶片及第二入口叶片的压缩机(参照专 利文献l)。通常,第二入口叶片的开度与第一入口叶片的开度相同或 为其以上,通过联杆机构等从属于第一入口叶片的开度。
专利文献h日本特开2003-307197号公报(段落
及图2)
根据近年来的省能量化的要求,为提高涡轮制冷机的COP (成绩 系数)而要求涡轮压縮机的高效率化。
因此,本发明者从效率的观点考虑对二级压縮涡轮压縮机进行探 讨,发现有使第二入口叶片的开度从属于第一入口叶片的开度时效率 好的情况、和与第一入口叶片独立地进行控制第二入口叶片的开度以 打开第二入口叶片的开度时效率好的情况。

发明内容
本发明是鉴于这样的情况而构成的,其目的在于,提供具备具有 高的效率的二级涡轮压縮机的涡轮制冷机及其控制方法。为解决上述课题,本发明的涡轮制冷机及其控制方法采用以下装置。
艮口,本发明提供一种涡轮制冷机,其具备具备第一叶轮及位于 该第一叶轮下游的第二叶轮而二级压縮制冷剂的涡轮压縮机;使通过 该涡轮压縮机压縮后的制冷剂冷凝的冷凝器;使通过该冷凝器冷凝后 的制冷剂膨胀的膨胀阀;使通过该膨胀阀膨胀后的制冷剂蒸发的蒸发 器,在所述涡轮制冷机的所述第一叶轮及所述第二叶轮的制冷剂吸入 口分别设置调整吸入制冷剂流量的第一入口叶片及第二入口叶片,且 具备控制这些第一入口叶片及第二入口叶片的开度的控制部,其特征 在于,所述控制部具备从属于所述第一入口叶轮而使所述第二入口叶 片动作的从属模式、和与所述第一入口叶片独立地使所述第二入口叶 片的开度增大的独立模式。
本发明者进行刻意的探讨,其结果发现,具备第一叶轮及第二叶 轮的二级压縮的涡轮压縮机中,从属于第一入口叶片而使第二入口叶 片动作的从属模式一方比与第一入口叶片独立地使第二入口叶片的开 度增大的独立模式的效率良好的运转范围存在,另一方面,独立模式 一方比从属模式的效率良好的运转范围也存在。因此,通过控制部将 从属模式和独立模式分开使用,可在宽范围的运转范围内选择效率优 良的运转。
另外,优选的是,在从属模式的情况下,第二入口叶片的开度与 第一入口叶片的开度相同或为其以上。
另外,优选的是,在独立模式的情况下,第二入口叶片的开度被 控制为比从属模式时的第二叶片入口开度大,另外,优选将该第二入 口叶片的开度打开大到将第二入口叶片无效化的程度,以只通过第一 叶轮调整制冷剂吸入量。另外,根据本发明的涡轮制冷机,也可以是,所述控制部在运转 时将基于所述冷凝器的冷凝压力及所述蒸发器的蒸发压力决定的第一 变量作为运转时第一变量进行运算,且,具备将所述从属模式下比所 述独立模式下的所述涡轮压縮机的效率好的从属模式优先区域、和所 述独立模式下比所述从属模式下的所述涡轮压縮机的效率好的独立模 式优先区域予以区分的第一变量作为分支第一变量,通过将所述运转 时第一变量和所述分支第一变量相比较,切换所述从属模式及所述独 立模式。
本发明者发现,所述从属模式下比所述独立模式下的所述涡轮压 縮机的效率好的从属模式优先区域、和所述独立模式下比所述从属模 式下的所述涡轮压縮机的效率好的独立模式优先区域可通过基于冷凝 压力及蒸发压力决定的第一变量区别。因此,控制部在运转时运算基 于冷凝压力及蒸发压力决定的第一变量,将其作为运转时第一变量得 到,通过将该运转时第一变量和分支第一变量相比较,切换各模式。 第一变量为由使用压力传感器可准确的测定的冷凝压力及蒸发压力得 到的变量,因此,可进行高精度的控制。特别是若使用压力变量作为 第一变量,则压力变量通过冷凝压力、蒸发压力及吸入制冷剂的饱和 气体音速决定,因此,可更高精度地求取。
另外,在具备中间冷却器的涡轮制冷机的情况下,可进一步使用 作为中间冷却器的压力的中间压力。
另外,根据本发明的涡轮制冷机,也可以是,所述控制部对于所 述涡轮压縮机的每一转速,具备在所述第一入口叶片及所述第二入口 叶片的100%开度下产生喘振的压力变量作为100%开度喘振压力变 量,所述第一变量为所述涡轮制冷机的规定转速下的压力变量除以与 该规定转速对应的所述100%开度喘振压力变量的值。
由于使用第一入口叶片及第二入口叶片为100%开度时的喘振压
6力变量,因此,喘振压力变量被唯一决定,与使用各入口叶片为其它 开度时的喘振压力变量的情况相比,基准明确。另外,通过规定转速 下的压力变量除以与该规定转速对应的100%开度压力变量,得到规格 化的第一变量,因此,可使用不依赖于转速的第一变量。因此,通过 以该第一变量进行控制,即使涡轮压縮机的转速不同,也可以以同一 基准的分支第一变量进行控制,从而简便地实现高响应的控制。
另外,本发明提供一种涡轮制冷机的控制方法,该涡轮制冷机具 备具备第一叶轮及位于该第一叶轮下游的第二叶轮而二级压縮制冷
剂的涡轮压縮机;使通过该涡轮压縮机压縮后的制冷剂冷凝的冷凝器; 使通过该冷凝器冷凝后的制冷剂膨胀的膨胀阀;使通过该膨胀阀膨胀 后的制冷剂蒸发的蒸发器,在所述涡轮制冷机的所述第一叶轮及所述 第二叶轮的制冷剂吸入口分别设置调整吸入制冷剂流量的第一入口叶 片及第二入口叶片,控制这些第一入口叶片及第二入口叶片的开度, 其特征在于,从属于所述第一入口叶轮而使所述第二入口叶片动作的 从属模式、和与所述第一入口叶片独立地使所述第二入口叶片的开度 增大的独立模式可进行切换。
本发明者进行了刻意探讨,其结果发现,在具备第一叶轮及第二 叶轮的二级压縮的涡轮压縮机中,从属于第一入口叶片而使第二入口 叶片动作的从属模式一方比与第一入口叶片独立地使第二入口叶片的 开度增大的独立模式的效率良好的运转范围存在,另一方面,独立模 式一方比从属模式的效率良好的运转范围也存在。因此,通过控制部 将从属模式和独立模式分开使用,可在宽范围的运转范围内选择效率 优良的运转。
另外,优选的是,在独立模式的情况下,第二入口叶片的开度被 控制为比从属模式时的第二叶片入口开度大,另外,优选将该第二入 口叶片的开度打开大到将第二入口叶片无效化的程度,以只通过第一 叶轮即可调整制冷剂吸入量。以上,根据本发明,通过将从属模式和独立模式分开使用并控制 第一入口叶片及第二入口叶片的开度,可在宽范围的运转范围选择效 率良好的涡轮压縮机的运转。因此,可提供适于省能量的COP高的涡 轮制冷机及其控制方法。


图1是表示本发明第一实施方式的涡轮制冷机的整体结构的概略
图2是表示第一涡轮压縮机的制冷剂循环的压力一焓线图3是表示从属模式或独立模式下涡轮压縮机的效率反转的分支 线的流量变量0 —压力变量Q线图4是对应于每一马赫数表示涡轮压縮机的运转曲线的流量变量
e—压力变量D线图5是表示马赫数M2下的喘振压力变量Qsur (M2)的流量变量
e—压力变量Q线图6是表示马赫数M2中对于每一第一入口叶片开度与分支线L2 的交点的流量变量e —压力变量Q线图7是表示基于压力变量控制第一入口叶片开度及第二叶片开度 的方法的流程图8是本发明第二实施方式中使用控制用压力变量Qb表现的流量 变量e—压力变量Q线图9是表示基于控制用压力变量Qb控制第一入口叶片开度及第二 入口叶片开度的方法的流程图。
符号说明 1涡轮制冷机 3 涡轮压縮机 5 冷凝器 6蒸发器
820 控制部
30 第一叶轮
30a 第一入口叶片
32 第二叶轮
32a 第二入口叶片
A从属模式优先区域
B独立模式优先区域
n叶轮变量(第一变量)
Qnow运转时叶轮变量(运转时第一变量)
Qth分支压力变量(分支第一变量)
Qsur 100%开度喘振压力变量
控制用压力变量(第一变量) Qb—th分支控制用压力变量(分支第一变量) Qb—now运转时控制用压力变量(运转时第一变量)
具体实施例方式
下面,参照

本发明第一实施方式。
图1表示使用了二级涡轮压縮机的涡轮制冷机的概略构成图。同 图所示的涡轮制冷机1构成二级压縮二级膨胀的循环。
涡轮制冷机1具备压縮制冷剂的涡轮压縮机3、使通过压縮机
压縮的制冷剂冷凝的冷凝器5、使制冷剂蒸发的蒸发器6、设于冷凝器 5和蒸发器6之间的中间冷却器7。另外,在中间冷却器7和冷凝器5 之间的制冷剂配管上设有第一膨胀阀9,在中间冷却器7和蒸发器6之 间的制冷剂配管上设有第二膨胀阀10。
涡轮压縮机3为得到高压力比的离心压縮机。涡轮压縮机3具备电动机27、增速机28、设于该增速机28的输 出侧的第一叶轮30及第二叶轮32。
电动机27有通过逆变器电源驱动的情况和通过系统电力(50Hz 或60Hz)驱动的情况,由逆变器电源驱动的情况下,通过涡轮制冷机 l的控制部20控制频率。由此,以所希望的转速驱动电动机27的电动 机轴。通过系统电力驱动的情况下,转速一定。
增速机28设于电动机27和叶轮30、 32之间,使电动机27的电 动机轴的转速增速。
第一叶轮30及第二叶轮32在制冷剂流路上串联连接,将制冷剂 由第一叶轮30压縮后再通过第二叶轮32进行压縮。来自中间冷却器7 的气体制冷剂被导入第一叶轮30和第二叶轮32之间(中间段)。
在第一叶轮30的制冷剂吸入口设有调整吸入制冷剂流量的第一 入口叶片30a,另外,在第二叶轮32的制冷剂吸入口设有调整吸入制 冷剂流量的第二入口叶片32a。第一入口叶片30a及第二入口叶片32a 分别通过电动机30b、 32b驱动。各电动机30b、 32b由涡轮制冷机1 的控制部20控制。第一入口叶片30a的开度被控制为通过蒸发器6冷 却后的冷水出口温度达到所希望的温度。第二入口叶片32a被以与第一 入口叶片30a同等或其以上的开度从属地控制(从属模式)、或者与第 一入口叶片30a的开度独立,被以比从属模式时的第二入口叶片开度大 的开度控制(独立模式)。
冷凝器5例如为翼管式热交换器。在冷凝器5上连接有冷却水配 管12,通过利用该冷却水配管12供给的冷却水除去冷凝热。在冷凝器 5上设有用于计测冷凝压力Pc的冷凝压力传感器5s。冷凝压力传感器 5s的输出被送向控制部20。蒸发器6为壳管式热交换器。在蒸发器6上连接有冷水配管11, 在该冷水配管11内流动的水和壳内的制冷机进行热交换。冷水配管11 与外部负荷(未图示)连接。通常,制冷时的冷水入口温度设定为12
°C,冷水出口温度设定为7°C。在蒸发器6上设有用于计测蒸发压力 PE的蒸发压力传感器6s。蒸发压力传感器6s的输出被送向控制部20。
中间冷却器7设于冷凝器5和蒸发器6之间,通过第一膨胀阀9 膨胀后的制冷液为对气体和液体进行气液分离所需充分的内容积。在 中间冷却器7上设有用于计测中间压力PM的中间压力传感器7s。中间 压力传感器7s的输出被送向控制部20。
在中间冷却器7上连接有连接于第一叶轮30和第二叶轮32之间 的中间压力制冷剂配管7a。中间压力制冷剂配管7a的下端(制冷剂流 动的上游端)位于中间冷却器7内的上方空间,其吸入中间冷却器7 内的气体制冷剂。
在中间冷却器7中,来自冷凝器5的高压液体制冷剂蒸发,通过 其蒸发潜热将经由中间压力制冷剂配管7a导向蒸发器6的液体制冷剂 冷却。而且,蒸发且达到饱和温度附近的气体制冷剂与通过第一叶轮 30从低压压縮到中间压力的气体制冷剂混合,将通过第二叶轮32从中 间压力压縮的气体制冷剂冷却。
第一膨胀阀9设于冷凝器5和中间冷却器7之间,通过将液体制 冷剂节流使其等焓膨胀。
第二膨胀阀10设于蒸发器6和中间冷却器7之间,通过将液体制 冷剂节流使其等焓膨胀。
第一膨胀阀9及第二膨胀阀10分别通过涡轮制冷机1的控制部 20控制其开度。
11控制部20设于涡轮制冷机1的控制盘内的控制基板上,具备CPU
及存储器。控制部20基于大气温度、制冷剂压力、冷温水出入口温度
等在每个控制周期通过数字运算计算各控制量。
另外,控制部20基于各运算量控制涡轮压縮机3的第一入口叶片 30a的开度,以使冷水出口温度达到设定温度。另外,控制部20根据 后述的从属模式及独立模式来控制第二入口叶片的开度。
其次,对上述结构的涡轮制冷机1的动作进行说明。
涡轮压縮机3通过电动机27控制,并通过控制部20的逆变器控 制以规定的频率旋转。第一入口叶片30a被控制部调整其开度,以实现 设定温度(例如冷水出口温度7。C)。第二入口叶片32a通过控制部20 选择后面叙述的从属模式或独立模式,并设定为对应于各模式的开度。
从蒸发器6吸入的低压的气体制冷剂(图2中状态A)由涡轮压 縮机3压缩,并被压縮到中间压力(图3中状态B)。被压縮到中间压 力的气体制冷剂由从中间压力制冷剂配管7a流入的中间压力的气体制 冷剂冷却(图3中状态C)。由中间压力的气体制冷剂冷却的气体制冷 剂由涡轮压縮机3进一步压縮,成为高压的气体制冷剂(图3中状态D)。
从涡轮压縮机3喷出的高压的气体制冷剂通过制冷剂配管19a被 导入冷凝器5。
在冷凝器5,利用由冷却水配管12供给的冷却水将高压气体制冷 剂冷却到大致等压,成为高压的液体制冷剂(图3中状态E)。高压的 液体制冷剂通过制冷剂配管19b被导入第一膨胀阀9,通过第一膨胀阀 9使其等烚地膨胀至中间压力(图3中状态F)。膨胀至中间压力的制 冷剂经由制冷剂配管19c被导入中间冷却器7。在中间冷却器7, 一部分制冷剂蒸发(图3中从状态F到状态C),经由中间压力制冷剂配
管7a被导入涡轮压縮机3的中间段。在中间冷却器7中未蒸发而处于 冷凝状态的液体制冷剂贮存于中间冷却器7内。贮存于中间冷却器7 内的中间压力的液体制冷剂经由制冷剂配管19d被导向第二膨胀阀10。 中间压力的液体制冷剂通过第二膨胀阀IO被等焓地膨胀至低压(图3 中状态G)。
膨胀至低压的制冷剂在蒸发器6蒸发(图3中从状态G到状态A), 由流过冷水配管11内的冷水获取热。由此,以12。C流入的冷水在7°C 被回送到外部负荷侧。
在蒸发器6蒸发后的低压的气体制冷剂被导向涡轮压縮机3的低 压段并被再次压縮。
其次,对控制第一入口叶片30a及第二入口叶片32a的方法进行 说明。涡轮制冷机1的控制部20根据涡轮压縮机3的运转状态选择从 属模式或独立模式,对应于各模式的开度被赋予各入口叶片30a、 32a。 在从属模式下,从属于第一入口叶片30a的开度来决定第二入口叶片 32a的开度。例如,按照成为与第一入口叶片30a的开度同等的开度的 方式决定第二入口叶片3a的开度。或者按照成为与第一入口叶片30a 的开度成比例关系的开度的方式决定第二入口叶片32a的开度。但是, 在第二入口叶片32a的开度比第一入口叶片30a的开度小的情况下,涡 轮制冷机1的运转不稳定,因此,第二入口叶片32的开度要设定为与 第一入口叶片30a的开度同等或其以上。
通常,在入口叶片的开度大的区域(例如70%开度以上),从属 模式一方相对于风量(相当于涡轮压縮机的能力)的分解能高,因此, 作为基本运转模式选择从属模式。然而,在与从属模式相比在独立模 式下涡轮压縮机3的效率高的运转区域选择独立模式,并按照比从属 模式时的开度大的方式控制第二入口叶片32a的开度。图3表示切换从属模式和独立模式的方法。
同图中,横轴表示流量变量e (无次元数),纵轴表示压力变量 Q (无次元数)。
流量变量e表示为 e =Q/ (aXD2)…(l)
在此,Q为风量(m3/s) , a为吸入制冷机的饱和气体音速(m/s), D为叶轮30、 32的外径(m)。
另外,压力变量(第一变量)Q表示为 Q= (hl+h2) Xg/ (a2)…(2)。
在此,hl为第一叶轮30的焓落差(参照图2) , h2为第二叶轮 32的焓落差(参照图2) , g为重力加速度。另外,焓落差hl、 h2如 图2中理解,可从蒸发压力PE、中间压力PM及冷凝压力Pc分别根据 等焓压縮得到。
图3所示的虚线为喘振产生的喘振界限线S。另外,Ll是第一入 口叶片30a及第二入口叶片32a的开度都为100%时的运转曲线。如图 3所示,在某转速下计测从属模式的涡轮压縮机的效率和独立模式的效 率,对任一模式一方的效率是否良好进行探讨时发现,与分支线L2更 下的区域即分支线L2相比,在压力变量低且流量变量高的区域,从属 模式的效率比独立模式的效率高,与分支线L2更上的区域即分支线 L2相比,在压力变量高且流量变量低的区域,独立模式的效率比从属 模式的效率高。因此,将分支线L2更下的区域设为从属模式优先区域 A,将分支线L2更上的区域设为独立模式优先区域B,控制入口叶片 30a、 32a的开度。
14其次,对具体的入口叶片30a、 32a的开度的决定方法进行说明。
如图4所示,作为涡轮压縮机3的特性,吸入制冷剂的每个马赫 数M1、 M2…的运转曲线不同。另外,图4是两入口叶片30a、 32a的 开度为100%时的图。而且,如图5所示,着眼于某马赫数(图5中马 赫数M2),制作流量变量e —压力变量Q线图。其次,如图6所示, 制作某马赫数(图6中马赫数M2)下的Q— e线图。该Q— 9线图中, 对从属模式时的第一入口叶片30a的每一开度绘入运转曲线,进一步绘 入使用图3说明的分支线L2。而且,在第一入口叶片30a的每一开度 IGV1,从与分支线L2的交点得到分支压力变量Qth。该分支压力变量 Qth相对于各马赫数(涡轮压縮机3的转速)M按照第一入口叶片30a 的每个开度进行整理,成为对应于马赫数M及第一入口叶片开度IGV1 的变量。该分支压力变量Qth (M, IGV1)预先通过实验等得到,并被 存储于涡轮制冷机的控制部20的存储器内。
如图7所示,控制部20在涡轮制冷机1运转时,由通过涡轮压縮 机3的转速得到的马赫数M、冷凝压力Pc、中间压力PM及蒸发压力 PE,基于式(2)运算现在的第一入口叶片开度IGV1下的运转时压力 变量Qnow (M、 IGV1)(步骤S1)。
然后,进入步骤S3,在该运转时压力变量Qnow (M、 IGV1)超 过同一马赫数M及同一第一入口叶片开度IGVl下的分支压力变量Qth (M、 IGV1)时(步骤S3中的YES),进入步骤S5,选择独立模式 并将第二入口叶片32a的开度打开。由此,实现图3所示的独立模式优 先区域B下的运转。第二叶片32a的开度也可以控制为比从属模式时 的开度大,例如控制为全开。
在步骤S3中,在运转时压力变量Qnow (M、 IGV1)低于分支压 力变量Qth时(步骤S3中的N0),进入步骤S7,选择从属模式,例 如将第二入口叶片32a的开度设为与第一入口叶片30a的开度相同。由
15此,实现图3所示的从属模式优先区域A下的运转。
这样,以分支压力变量Qth (M、 IGV1)为阈值,切换独立模式 和从属模式,由此,可总是选择成为效率好的入口叶片30a、 32a开度 的组合的运转。
另外,由于可不使用流量变量e而通过压力变量Q进行控制,故 可高精度且简便地进行控制。这是由于,流量变量e如式(1)所示需 要得到风量Q,为得到风量,不仅需要通过蒸发器6冷却的冷水的出 入口温度差,而且还需要计测冷水的流量的流量计。通常,计测冷水 流量的流量计未设置在涡轮制冷机上,而即使设置了流量计,流量计 的精度也不能提高。因此,由于必须使用冷水流量的推定值或使用精 度较低的流量计得到的冷水流量,因此,流量变量e进行的控制的精 度降低。
如上,根据本实施方式的涡轮制冷机l,实现以下的作用效果。
通过利用涡轮制冷机1的控制部20将从属模式和独立模式分开使 用,可以在宽范围的运转范围选择涡轮压缩机3的效率好的运转。因 此,可提供适于省能量的COP高的涡轮制冷机1。
另外,在运转时运算基于冷凝压力及蒸发压力决定的压力变量, 作为运转时压力变量Qnow得到,通过将该运转时压力变量Qnow和分 支压力变量Qth进行比较,对各模式进行切换。压力变量为通过可使 用压力传感器进行准确的测定的冷凝压力及蒸发压力得到的变量,因 此,可进行高精度的控制。特别是由于可以不使用难以以高的精度进 行运算的流量变量而进行控制,故可进行高精度的控制。
其次,对本发明第二实施方式进行说明。本实施方式相对于第一实施方式只是从属模式及独立模式的选择方法不同。因此,对于其它 结构等而言,与第一实施方式相同,因此省略其说明。
本实施方式中,可不依赖于涡轮压縮机3的转速而简便地决定两
入口叶片30a、 32a的开度。
如使用图4所做说明,作为涡轮压縮机3的特性,吸入制冷剂的 每个马赫数Ml、 M2…的运转曲线不同。因此,每个马赫数下喘振产 生的点(9 、 Q)不同。反过来考虑,当马赫数(涡轮压縮机3的转速) 决定时,喘振发生的压力变量Qsur唯一地决定。将该两入口叶片的100 %开度下的喘振产生的压力变量设为100%开度喘振压力变量Qsur (M),每个马赫数M预先通过实验等得到。100%开度喘振压力变量 Qsur (M)被存储于涡轮制冷机1的控制部20的存储器内。
而且,使用100%开度喘振压力变量Qsur (M)导入以下的控制 用压力变量Qb。
Qb = Q/Qsur (M)…(3)
这样,通过由唯一决定的各马赫数(转速)下的100%开度喘振 压力变量Qsur(M)去除来规格化,控制用压力变量Qb成为不依赖于 涡轮压縮机3的转速的变量。
而且,使用控制用压力变量(第一变量)Qb制作第二入口叶片32a 的开度IGV2的函数。
IGV2 = f (Qb)…(4)
该函数预先通过实验得到从基于根据涡轮制冷机的负荷降低的冷 凝压力Pc估算的Q所导出的Qb、(例如根据以JIS规格规定的冷却 水温度来估算)和最佳的IGV2的关系。该情况下,负荷的影响被排除。 例如,第二入口叶片32a的开度的函数通过控制用压力变量Qb的三次式或二次式表示。
若导入这样的控制用压力变量Qb,则如图8所示,不依赖于马赫 数即涡轮压縮机3的转速,在从属模式时的每个第一入口叶片开度
IGV1,成为分支点的分支控制用压力变量QbJh (IGV1)唯一决定。
在涡轮制冷机1的控制部20的存储器中存储有图8所示的映射, 参照该映射而进行两入口叶片30a、 32a的开度的控制。
具体而言,如图9所示,进行两入口叶片30a、 32a的开度控制。
控制部20实时计算运转时的运转时控制用压力变量Qb—now (IGV1)(步骤SIO)。而且,基于该运转时控制用压力变量Qb—now (IGV1)由式(4)计算第二入口叶片32a的运算开度IGV2—cal (步骤
Sll)。此时,使用存储于控制部20的存储器中的与马赫数M对应的
100X开度喘振压力变量Qsur (M)。
然后,进入步骤S12,将运转时控制用压力变量Qb一now (IGV1) 和分支控制用压力变量Qb—th (IGV1)进行比较,在运转时控制用压 力变量Qb—now (IGV1)低于分支控制用压力变量Qb_th (IGV1)的 情况下(步骤S12中NO),选择从属模式(步骤S14)。而且,在步 骤Sll中得到的第二入口叶片32a的运算开度IGV2一cal比第一入口叶 片开度IBF1小的情况或比其大的情况下(步骤S16中YES),将第二 入口叶片开度IGV2控制为与第一入口叶片IGV1同等(步骤S18)。
在步骤Sll中得到的第二入口叶片32a的运算开度IGV2—cal与第 一入口叶片开度IGV1同等的情况下(步骤S16中NO),直接采用运 算开度IGV2—cal (步骤S20)。
在步骤S12中,在运转时控制用压力变量Qb_now (IGV1)超过或 与其同等的情况下(步骤S24中YES),将第二入口叶片开度IGV2 控制为超过现在的第二入口叶片开度IGV2即从属模式下的第二入口 叶片开度(步骤S26)。
在步骤S24中,在步骤Sll中得到的第二入口叶片32a的运算开 度IGV2一cal比第一入口叶片开度IGV1大的情况下(步骤S24中NO), 直接采用运算开度IGV2—cal (步骤S28)。
如上所述,根据本实施方式的涡轮制冷机1,通过运转时的压力 变量Q除以与同一转速对应的100%开度压力变量Qsur,得到规格化 的控制用压力变量Qb,因此,可使用不依赖于转速的变量。因此,通 过由该控制用压力变量Qb进行控制,即使涡轮压縮机3的转速不同, 也可以以同一基准的分支控制用压力变量Qb—th进行控制,从而简便 地实现高响应的控制。
权利要求
1. 一种涡轮制冷机,其具备具备第一叶轮及位于该第一叶轮下游的第二叶轮而二级压缩制冷剂的涡轮压缩机;使通过该涡轮压缩机压缩后的制冷剂冷凝的冷凝器;使通过该冷凝器冷凝后的制冷剂膨胀的膨胀阀;和使通过该膨胀阀膨胀后的制冷剂蒸发的蒸发器,在所述涡轮制冷机的所述第一叶轮及所述第二叶轮的制冷剂吸入口分别设置调整吸入制冷剂流量的第一入口叶片及第二入口叶片,且具备控制这些第一入口叶片及第二入口叶片的开度的控制部,其特征在于,所述控制部具备从属于所述第一入口叶轮而使所述第二入口叶片动作的从属模式、和与所述第一入口叶片独立地使所述第二入口叶片的开度增大的独立模式。
2. 如权利要求1所述的涡轮制冷机,其特征在于, 所述控制部在运转时将基于所述冷凝器的冷凝压力及所述蒸发器的蒸发压力决定的第一变量作为运转时第一变量进行运算,且,具备将所述从属模式下比所述独立模式下的所述涡轮压縮机的效 率好的从属模式优先区域、和所述独立模式下比所述从属模式下的所 述涡轮压縮机的效率好的独立模式优先区域予以区分的第一变量作为 分支第一变量,通过将所述运转时第一变量和所述分支第一变量相比较,切换所 述从属模式及所述独立模式。
3. 如权利要求2所述的涡轮制冷机,其特征在于, 所述控制部对于所述涡轮压縮机的每一转速,具备在所述第一入口叶片及所述第二入口叶片的100°/。开度下产生喘振的压力变量作为 100%开度喘振压力变量,所述第一变量为所述涡轮制冷机的规定转速下的压力变量除以与 该规定转速对应的所述100%开度喘振压力变量的值。
4. 一种涡轮制冷机的控制方法,该涡轮制冷机具备 具备第一叶轮及位于该第一叶轮下游的第二叶轮而二级压縮制冷 剂的涡轮压縮机;使通过该涡轮压縮机压縮后的制冷剂冷凝的冷凝器; 使通过该冷凝器冷凝后的制冷剂膨胀的膨胀阀;和 使通过该膨胀阀膨胀后的制冷剂蒸发的蒸发器,在所述涡轮制冷机的所述第一叶轮及所述第二叶轮的制冷剂吸入 口分别设置调整吸入制冷剂流量的第一入口叶片及第二入口叶片, 控制这些第一入口叶片及第二入口卟片的开度, 其特征在于,从属于所述第一入口叶轮而使所述第二入口叶片动作的从属模 式、和与所述第一入口叶片独立地使所述第二入口叶片的开度增大的 独立模式可进行切换。
全文摘要
本发明提供一种具备具有高的效率的二级涡轮压缩机的涡轮制冷机。其具备控制第一叶轮的第一入口叶片及第二叶轮的第二入口叶片的开度的控制部,其中,控制部具备在从属模式优先区域(A)从属于第一入口叶轮而使第二入口叶片动作的从属模式、和在独立模式优先区域(B)与第一入口叶片独立地使第二入口叶片的开度增大的独立模式。
文档编号F04D27/00GK101454576SQ200780019370
公开日2009年6月10日 申请日期2007年11月9日 优先权日2006年11月9日
发明者上田宪治, 白方芳典 申请人:三菱重工业株式会社
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