控制系统的制作方法

专利名称：控制系统的制作方法
控制系统相关申请的交叉引用本申请是2003 年 10 月 10 日提交的题为 “SYSTEM AND METHOD FOR STABILITY CONTROL IN A CENTRIFUGAL COMPRESSOR” 的第 10/683. 772 号申请的部分继续申请。
背景技术：
本申请大体涉及一种控制系统。更具体地，本申请涉及用于根据压缩机不稳定工况来控制离心压缩机的可变几何形状扩压器(variable geometry diffuser)机构的系统 和方法。离心压缩机在压缩机的运行期间可能遇到不稳定的工况，诸如喘振(surge)工况 或失速(stall)工况。喘振(surge or surging)是一种不稳定的工况，其可能在离心压缩 机运行在轻负载和高压力比时出现。喘振是一种瞬时现象，其在压力和流量方面会产生振 荡，并且在一些情况下，会发生穿过压缩机的全流反向。如果对喘振不加以控制，则可能会 在压缩机的旋转和静止部件中产生过量的振动，并且可能会对压缩机造成永久的损坏。一 种用于校正(correct)或矫正(remedy)喘振工况的技术可以涉及打开热气旁通阀，以将压 缩机的排出气体中的一些返回至压缩机入口，从而增加压缩机入口处的流量。离心压缩机中的旋转失速可能在压缩机的旋转叶轮中发生，或者在压缩机叶轮下 游的静止扩压器中发生。在这两种情况下，旋转失速的存在可能会不利地影响压缩机和/ 或系统的性能。具有无叶片径向扩压器的混流离心压缩机可能在其一部分预期运行范围 内经受扩压器旋转失速，或在一些情况下可能在其所有预期运行范围内经受扩压器旋转失 速。通常，扩压器旋转失速的发生是因为扩压器的设计在不使一部分流量在扩压器通路中 被分离的情况下不能适应所有流量。扩压器旋转失速导致了低频声能或脉动的产生。该脉 动在气流通道中可能具有很高的幅度，并且可能导致压缩机及其控制系统或其他相关联的 部件/系统过早地失效。一种在离心压缩机中用于校正或矫正失速工况的技术可以涉及在 可变几何形状扩压器中关闭扩压器空间。关闭扩压器空间还可以增强压缩机抵抗喘振工况 的能力。然而，扩压器间隙的过量关闭可能减小穿过压缩机的流率(flow rate)或流通能 力(capacity)。

发明内容
本发明涉及一种液体冷却器系统，该液体冷却器系统具有一个配置为压缩制冷剂 蒸气的离心压缩机。该离心压缩机具有一个接收未压缩制冷剂蒸气的压缩机入口，以及一 个排出压缩制冷剂蒸气的压缩机出口。在内部，该压缩机具有一扩压器，该扩压器具有可调 节的扩压器环，用于改变通过该扩压器的压缩制冷剂蒸气的流动通道。该液体冷却器系统 还包括连接在压缩机出口和入口之间的可选择的热气旁通阀。该可选择的热气旁通阀被配 置为允许压缩制冷剂蒸气的一部分从压缩机出口流至压缩机入口，从而可用于维持通过该 压缩机的最小制冷剂蒸气流率。该液体冷却器系统还包括稳定性控制系统，以控制扩压器 和可选择的热气旁通阀，从而维持离心压缩机的稳定运行。该稳定性控制系统具有失速反应状态，以响应于在离心压缩机中检测到失速工况而控制扩压器环；喘振反应状态，以响应于在离心压缩机中检测到喘振工况而控制扩压器环；热气超驰状态，以响应于在离心压缩 机中检测到第二喘振工况而控制可选择的热气旁通阀；以及探测状态，以控制扩压器环来 获得扩压器环的最优位置。本发明还涉及一种冷却器系统，该冷却器系统具有连接在闭合制冷剂回路中的压 缩机、冷凝器和蒸发器。该压缩机包括从冷却器系统接收未压缩制冷剂蒸气的压缩机入 口 ；向冷却器系统排出压缩制冷剂蒸气的压缩机出口 ；以及设置在该压缩机出口附近的扩 压器。该扩压器具有一个扩压器空间和一个扩压器环，该扩压器空间配置为允许压缩制冷 剂蒸气通过压缩机出口，该扩压器环可调节地定位在扩压器空间内以改变扩压器空间的尺 寸，从而控制通过扩压器空间的压缩制冷剂的流量。该冷却器系统还包括一个稳定性控制 系统，以响应于在压缩机中检测到失速工况和喘振工况，而控制扩压器环在扩压器空间中 的位置，从而维持压缩机的稳定运行。本发明还涉及一种稳定性控制系统，该稳定性控制系统用于维持离心压缩机的稳 定运行，该离心压缩机具有压缩机入口、压缩机出口和带有可调节流动通道的可变几何形 状扩压器。该稳定性控制系统具有失速反应状态，以响应于在离心压缩机中检测到失速工 况而调节可变几何形状扩压器的流动通道；以及喘振反应状态，以响应于在离心压缩机中 检测到喘振工况而调节可变几何形状扩压器的流动通道。本发明还涉及一种用于在离心压缩机中提供稳定性控制的方法，该离心压缩机具 有带有可调节流动通道的可变几何形状扩压器。该方法包括以下步骤在离心压缩机的运 行期间在离心压缩机中重复地检测喘振工况；在离心压缩机的运行期间在离心压缩机中重 复地检测失速工况；响应于在离心压缩机中检测到喘振工况，持续地关闭可变几何形状扩 压器的流动通道一段预定的喘振反应时间段；以及响应于在离心压缩机中检测到失速工 况，持续地关闭可变几何形状扩压器的流动通道，直到被检测到的失速工况被校正或检测 到喘振工况。本发明还涉及一种控制系统，以维持压缩机的稳定运行。该控制系统包括至少一 个第一控制状态，其配置为响应于在压缩机中检测到失速工况或喘振工况中的一种而关闭 该压缩机的扩压器的流动通道。该控制系统还包括第二控制状态，其配置为响应于测定不 存在失速工况或喘振工况而打开该压缩机的扩压器的流动通道。本发明还涉及在离心压缩机中提供稳定性控制的方法。该方法包括在离心压缩 机的运行期间重复地检测喘振工况；在离心压缩机的运行期间重复地检测失速工况。该方 法还包括响应于在离心压缩机中检测到喘振工况或失速工况，而关闭离心压缩机的扩压 器的流动通道；以及响应于检测到不存在失速工况或喘振工况，而打开离心压缩机的扩压 器的流动通道。本发明还涉及一种蒸气压缩系统。该蒸气压缩系统包括连接在一个闭环中的压缩 机、第一热交换器和第二热交换器。该压缩机包括接收未压缩蒸气的入口 ；排出压缩蒸气 的出口；以及扩压器，其被设置在该出口附近。该扩压器包括一个配置为允许压缩蒸气流动 到出口的通道，以及一个可调节地定位在该通道中的环，以改变该通道的尺寸，从而控制通 过该通道的压缩蒸气的流量。该蒸气压缩系统还包括一个控制系统，用以响应于在压缩机 中存在失速工况和喘振工况或者在压缩机中不存在失速工况和喘振工况其中一种情况，而调节该环在通道中的位置。


图1示意性地示出了蒸气压缩系统的示例性实施方案。图2示出了离心压缩机和扩压器的示例性实施方案的局部截面图。图3示出了用于图1中蒸气压缩系统的控制系统的示例性状态图。图4示出了用于图1中蒸气压缩系统的控制系统的另一示例性状态图。图5示意性地示出了蒸气压缩系统的另一示例性实施方案。图6示出了用于图5中蒸气压缩系统的控制系统的示例性状态图。图7示出了用于图5中蒸气压缩系统的控制系统的另一示例性状态图。
具体实施例方式图1示意性地示出了一种示例性蒸气压缩系统，其可用于暖通空调(HVAC)、制冷 或液体冷却器系统。蒸气压缩系统100可使一种流体(例如，制冷剂)穿过由电动机152 驱动的压缩机108、冷凝器112、膨胀装置(未示出)和蒸发器126进行循环。系统100还 可包括一控制面板140，该控制面板可以具有模数(A/D)转换器148、微处理器150、非易失 性存储器144和接口板146。可在蒸气压缩系统100中用作制冷剂的流体的一些实例是基 于氢氟碳化物(HFC)的制冷剂(例如，R-410A)、二氧化碳(CO2 ；R-744)以及任何其他适合 类型的制冷剂。压缩机108使用的电动机152可以由变速驱动装置(VSD)供电，或者可直接由交 流(AC)或直流(DC)电源供电。如果使用变速驱动装置，则其从交流电源接收具有特定固 定线电压(line voltage)和固定线频率(line frequency)的交流电，并且向电动机提供 具有可变电压和频率的电。电动机152可以是任何类型的可由VSD供电或直接由AC或DC 电源供电的电力电动机。例如，电动机152可以是开关式磁阻电动机、感应式电动机、电子 整流永磁式电动机或任何其他合适的电动机类型。在一个替代的实施方案中，其他驱动机 构——例如蒸气或燃气轮机或发动机及其相关部件——可用于驱动压缩机108。压缩机108压缩制冷剂蒸气，并通过排出管线将压缩蒸气输送至冷凝器112。在一 个示例性实施方案中，压缩机108可以是离心式压缩机。被压缩机108输送至冷凝器112的 制冷剂蒸气将热量传递至流体，例如水或空气。由于与该流体的热传递，制冷剂蒸气在冷凝 器112中冷凝成制冷剂液体。来自冷凝器112的液态制冷剂经由膨胀装置(未示出)流至 蒸发器126。输送至蒸发器126的液态制冷剂从流体(例如，水或空气)吸收热量，并且进 行到制冷剂蒸气的相变。该蒸气制冷剂离开蒸发器126并通过抽吸管线返回至压缩机108 以完成循环。在图1中示出的示例性实施方案中，冷凝器112中的制冷剂蒸气进入与水的热交 换关系，所述水流经连接至冷却塔122的热交换器116。由于在热交换器盘管中与水的热交 换关系，冷凝器112中的制冷剂蒸气进行到制冷剂液体的相变。蒸发器126可包括热交换 器128，该热交换器具有连接至冷却负载130的供给管线128S和回流管线128R。热交换器 128可包括多个位于蒸发器126内的管束。辅助液体(secondary liquid)——例如，水、乙 烯、氯化钙卤水、氯化钠卤水或任何其他适合的辅助液体——经由回流管线128R进入蒸发器126并经由供给管线128S离开蒸发器126。蒸发器126中的液态制冷剂进入与热交换 器128中的辅助液体的热交换关系，以使热交换器盘管128中的辅助液体的温度冷却。由 于与热交换器盘管128中的辅助液体的热交换关系，蒸发器126中的制冷剂液体进行到制 冷剂蒸气的相变。在压缩机108的输入或入口处，有一个或多个用于控制到压缩机108的制冷剂流 量的预旋转叶片(PRV)或入口导向叶片120。一个致动器被用于开启预旋转叶片120以增 加到压缩机108的制冷剂的量，并由此增加系统100的能力。类似地，该致动器被用于关闭 预旋转叶片120以降低到压缩机108的制冷剂的量，并由此降低系统100的冷却能力。图2示出了离心式压缩机和扩压器的 示例性实施方案的局部截面图。压缩机108 包括用于压缩制冷剂蒸气的叶轮202。被压缩的蒸气接着穿过扩压器119。扩压器119可 以是具有可变几何形状的无叶片径向扩压器。该可变几何形状扩压器(VGD) 119具有在扩 压器板206和喷嘴基板208之间形成的扩压器空间204，以用于制冷剂蒸气的通过。喷嘴基 板208被配置为与扩压器环210 —起使用。扩压器环210被用于控制穿过扩压器空间或通 道204的制冷剂蒸气的速度。扩压器环210可以伸展进入扩压器通道204以增加流经通道 的蒸气的速度，并且扩压器环210可以从扩压器通道204回缩以降低流经通道的蒸气的速 度。扩压器环210通过使用由电力电动机驱动的调节机构212来伸展和回缩，以提供扩压 器119的可变几何形状。示例性可变几何形状扩压器的运行和部件的更详细描述在2005 年3月29日授权的第6，872，050号美国专利中提供，该专利以引证方式纳入本说明书。控制面板140具有A/D转换器148，该A/D转换器可以接收来自系统100的、指示 系统100性能的输入信号。例如，由控制面板140接收的输入信号可以包括预旋转叶片120 的位置、离开蒸发器126的被冷却的液体温度、蒸发器126和冷凝器112的压力、以及压缩 机排出通道中的声压或音压测量。控制面板140还具有一接口板146，以将信号传递至系统 100的部件以控制系统100的运行。例如，控制面板140可传递信号以控制预旋转叶片120 的位置、控制可选择的热气旁通阀134的位置(参见图5，如果存在的话)、以及控制可变几 何形状扩压器119中的扩压器环210的位置。控制面板140使用控制算法以控制系统100的运行，并且根据具体的压缩机工况 确定何时在可变几何形状扩压器119中来伸展和回缩扩压器环210，从而维持系统和压缩 机的稳定性。控制面板140可使用控制算法以根据具体的压缩机工况来打开和关闭该可选 择的热气旁通阀134 (参见图5至7，如果存在的话)，从而维持系统和压缩机的稳定性。在 一个实施方案中，控制算法可以是存储在非易失性存储器144中的计算机程序，该计算机 程序具有一系列可由微处理器150执行的指令。在一个示例性实施方案中，控制算法被嵌 入在计算机程序中并由微处理器150执行。然而，应理解，控制算法可以使用数字和/或模 拟硬件来实施和执行。如果使用硬件来执行控制算法，则可以改变控制面板140的相应配 置，以包含必要部件且去除可能不再需要的任何部件，例如A/D转换器148。图3、4、6和7是表示用于维持压缩机和系统稳定性的稳定性控制算法的示例性状 态图。该稳定性控制算法可以作为相对于系统的其他控制算法(例如，运行控制算法)的 分立程序而执行，或者该稳定性控制算法可以被包含在系统的其他控制算法中。如图3所 示，用于向图1中系统100提供稳定性控制的稳定性控制算法的示例性实施方案的状态图 300可以具有六个控制状态。这些控制状态包括启动/关闭状态302 ；失速等待状态304 ；失速反应状态306 ；探测(probing)状态308 ；喘振等待状态310 ；以及喘振反应状态312。 每个控制状态都可包括一个或多个程序或算法或其他控制装置或设备，以执行针对具体控 制状态的相应控制操作。启动/关闭状态302是在系统100运行期间在稳定性控制算法300中的第一控制 状态和最后控制状态。在从未激活状态启动或初始化系统100之后，稳定性控制算法300进 入启动/关闭状态302。类似地，当系统100被停止或关闭时，则根据来自控制该系统100 的另一控制算法或稳定性控制算法300的关闭指令，从稳定性控制算法300中任一其他控 制状态进入启动/关闭状态302。稳定性控制算法300保持处于启动/关闭状态302，直到 压缩机108被启动。在启动/关闭状态302中，可变几何形状扩压器119的扩压器环210 被移动至完全打开或回缩的位置，由此完全地打开扩压器空间204。在压缩机108已被启动之后进入失速等待状态304。可以在失速反应状态306中 校正失速工况之后进入失速等待状态304。稳定性控制算法300保持在失速等待状态304， 直到以下情况的其中之一发生预定的失速等待时间段期满(period expires)；检测到喘 振工况；检测到失速工况；或者预旋转叶片120被移动大于预定的PRV偏移量。预旋转叶 片120的运动可以是压缩机工况(例如，流量和/或压头(head))发生变化且可能需要对 可变几何形状扩压器119进行调节的指示。根据一示例性实施方案，预定的失速等待时间 段的范围可以是约0. 5分钟到约15分钟，可以是约10分钟，并且预定的PRV偏移量的范围 可以是预旋转叶片运动范围的0%到约5%，并可以是约3%。在失速等待状态304，可变几 何形状扩压器119的扩压器环210被保持或维持在与可变几何形状扩压器119之前状态中 的扩压器环210相同的位置处，由此保持或维持扩压器空间204的打开。响应于在失速等待状态304或探测状态308中检测到压缩机108中的失速而进入 失 速反应状态306。用于检测压缩机中失速的示例性技术的方法和部件的更为详细的描述 在2005年2月22日授权的第6，857，845号美国专利中提供，该专利以引证方式被纳入本 说明书。然而，应理解，任何适合的失速检测技术都可用于检测系统中的失速。稳定性控制 算法300保持在失速反应状态306，直到在压缩机108中检测到的失速工况被校正或矫正， 或者直到在压缩机108中检测到喘振工况。根据一示例性的实施方案，该失速工况根据以 下情况被认为是已校正或矫正的相应的失速传感器电压小于预定的失速最小阈值电压， 该预定的失速最小阈值电压的范围可以为从约0. 4V到约0. 8V,并可以是约0. 6V。在失速 反应状态306，可变几何形状扩压器119的扩压器环210持续地向关闭位置伸展，由此关闭 扩压器空间204的开口，直到该在压缩机108中检测到的失速工况已被校正或矫正。在失 速反应状态306中校正或矫正失速工况后，稳定性控制算法300返回至失速等待状态304。响应于预定的失速等待时间段期满或预旋转叶片120的运动超过失速等待状态 304中的预定的PRV偏移量而进入探测状态308。可以在喘振等待状态310中预定的喘振 等待时间段期满之后进入探测状态308。稳定性控制算法300保持在探测状态308，直到 在压缩机108中检测到失速工况或喘振工况。根据一个示例性实施方案，根据相应失速传 感器电压大于预定的失速最大阈值电压而检测到该失速工况，该预定的失速最大阈值电压 的范围可以为从约0.6V到约1.2￥，并可以是约0.8￥。在探测状态308，可变几何形状扩压 器119的扩压器环210可以被打开或回缩，由此增大扩压器空间204的开口，直到在压缩机 108中检测到喘振工况或失速工况。根据一个示例性实施方案，可变几何形状扩压器119的扩压器环210以由脉冲触发的增量或步级(steps)的方式被打开或回缩，所述脉冲具有预定的脉冲间隔，该脉冲间隔的范围可以为约0. 5秒到约5秒，并可以是约1或2秒。在较低 的压缩机负载下(例如，小于压缩机容量(compressor capacity)的70%)，通常在可能发 生喘振工况之前，检测到并控制失速工况。然而，在较高的压缩机负载下(例如，大于压缩 机容量的70%以及非常高的压头或升度(lifts))，喘振工况可能在探测状态308中发生， 该喘振工况可能实质上是瞬时的且并未被检测为失速噪音。响应于在失速等待状态304、失速反应状态306或探测状态308中检测到压缩机 108中的喘振而进入喘振反应状态312。用于检测压缩机108中喘振的示例性技术的方法 和部件的更为详细的描述在第6，427，464号美国专利中提供，该专利以引证方式被纳入本 说明书。然而，应理解，任何合适的喘振检测技术都可被用于该系统。稳定性控制算法300 保持在喘振反应状态312，直到预定的喘振反应时间期满。根据一个示例性实施方案，预定 的喘振反应时间的范围可以为从约1秒到约30秒，可以是约5秒。在喘振反应状态312中， 可变几何形状扩压器119的扩压器环210在预定的喘振反应时间段(time period)内持续 地向关闭位置伸展，由此减小扩压器空间或间隙204，以提供更为稳定的压缩机运行能力。 可以根据可变几何形状扩压器环机构212和驱动致动器电动机的总体速度、以及需要实现 喘振稳定性所期望的VGD环210运动来改变该喘振反应时间段。在喘振反应状态312中压缩机108的喘振工况被校正或矫正之后进入喘振等待状 态310。稳定性控制算法300保持在喘振等待状态310，直到预定的喘振等待时间段期满或 压缩机108进入另一喘振工况。根据一个示例性实施方案，该预定的喘振等待时间段范围 可以为从约0. 5分钟到约15分钟，并可以是约10分钟。在喘振等待状态310中，可变几何 形状扩压器119的扩压器环210被保持或维持在与可变几何形状扩压器119的扩压器环 210在之前状态中相同的位置处，由此保持或维持扩压器空间204的打开。在一个示例性实 施方案中，响应于在喘振等待状态310中检测到另一喘振工况，稳定性控制算法300可以重 新进入喘振反应状态312。或者，响应于在喘振等待状态310中检测到另一喘振工况，可以 使用另一控制算法。喘振事件可以被独立地计数，或者作为该控制算法的一部分，以确定何 时关闭压缩机108。在短时间间隔内持续喘振的事件中，稳定性控制算法300或另一控制算 法可以提供警报或压缩机108停机保护，以避免损坏压缩机108。在其他情况下，响应于在 喘振等待状态310中预定的喘振等待时间段期满，稳定性控制算法300进入探测状态308。图4示出了用于控制系统的另一示例性状态图，该控制系统除下述情况以外类似 于图3中的状态控制图稳定性控制算法300保持在喘振等待状态310，直到预定的喘振 等待时间段期满、检测到失速工况或压缩机108进入另一喘振工况，以及稳定性控制算法 300保持在失速反应状态306，直到在压缩机108中检测到的失速工况(来自喘振等待状态 310、探测状态308或失速等待状态304)被校正或矫正，或者直到在压缩机108中检测到喘 振工况。如果在喘振等待状态310中发生失速工况，则稳定性控制算法300将在喘振等待 状态310中用于喘振等待时间段的计时器暂停或中止，并进入失速反应状态306。稳定性控 制算法300保持在失速反应状态306，直到在压缩机108中自喘振等待状态310检测到的失 速工况被校正或矫正，或者直到在压缩机108中检测到喘振工况。当在压缩机108中自喘 振等待状态310检测到的失速工况被校正或矫正后，稳定性控制算法重新进入喘振等待状 态310，并使在喘振等待状态310中用于喘振等待时间段的计时器继续执行。在另一示例性实施方案中，当稳定性控制算法300重新进入喘振等待状态310时，可以重新启动用于喘振 等待时间段的计时器，以将喘振等待状态310保持完整的时间段。图5示意性地示出蒸气压缩系统的另一示例性实施方案。图5中示出的蒸气压缩 系统200除了以下情况以外类似于图1中示出的蒸气压缩系统100 热气旁通管线132和 热气旁通(HGBP)阀134被连接在压缩机108的出口或排出口和预旋转叶片120的入口之 间，以允许当响应于喘振工况的存在打开HGBP阀134时，将来自压缩机的排出口的压缩制 冷剂输送或循环返回至压缩机108的入口。HGBP阀134的位置被控制以调整被提供至压 缩机108的压缩制冷剂的量(如果有的话)。用于HGBP阀的示例性控制方法的描述在第 6，427，464号美国专利中提供，该专利以引证方式被纳入本说明书。然而，应理解，任何合适 的HGBP阀和相应控制方法都可被用于该系统。图6示出了用于图5中蒸气压缩系统的控制系统的示例性状态图。如图6所示， 用于向图5中系统200提供稳定性控制的稳定性控制算法的一个实施方案的状态图500除 了以下情况以外类似于图3中示出且上文详细描述的用于稳定性控制算法300的状态图 增加了第七控制状态——热气超驰(override)状态314以及相应的到热气超驰状态314 的内连接。

响应于压缩机108在喘振等待状态310时经历第二喘振工况而进入热气超驰状态 314 ；而不是可能地返回至喘振反应状态312，或者如上述关于稳定性控制算法300描述的 响应于检测到另一喘振工况而使用另一控制算法。稳定性控制算法500可以响应于检测到 来自控制该系统的另一控制算法的HGBP阀打开指令而从失速等待状态304、失速反应状态 306或探测状态308进入热气超驰状态314。可如第6，427，464号美国专利中所述而产生 HGBP阀打开指令，该专利以引证方式被纳入本说明书，或者也可以使用任何合适的HGBP阀 控制方法。该稳定性控制算法500保持在热气超驰状态314，直到HGBP阀134返回至关闭 位置。在热气超驰状态314中，只要HGBP阀134处于打开位置，可变几何形状扩压器119 的扩压器环210就被保持或固定就位，由此保持或固定扩压器空间204的开口，从而当该系 统压头稍后被降低且HGBP阀134被关闭时，保持可变几何形状扩压器119处于类似喘振稳 定的位置。在热气超驰状态314中关闭HGBP阀134后，稳定性控制算法500进入失速等待 状态304。图7示出了除了以下情况外类似于图6的用于控制系统的另一示例性状态图稳 定性控制算法500保持在喘振等待状态310，直到预定的喘振等待时间段期满、检测到失速 工况或压缩机108进入另一喘振工况；以及稳定性控制算法500保持在失速反应状态306， 直到在压缩机108中检测到的失速工况(来自喘振等待状态310、探测状态308或失速等待 状态304)被校正或矫正，或者直到在压缩机108中检测到喘振工况。如果失速工况在喘振 等待状态310时发生，则稳定性控制算法500将在喘振等待状态310中用于喘振等待时间 段的计时器暂停或中止，并进入失速反应状态306。稳定性控制算法500保持在失速反应状 态306，直到在压缩机108中自喘振等待状态310检测到的失速工况被校正或矫正，或者直 到在压缩机108中检测到喘振工况。当在压缩机108中自喘振等待状态310检测到的失速 工况已被校正或矫正时，稳定性控制算法500重新进入喘振等待状态310并使在喘振等待 状态310中用于喘振等待时间段的计时器继续执行。在另一示例性实施方案中，当稳定性 控制算法500重新进入喘振等待状态310时，该用于喘振等待时间段的计时器可以被重新启动，以在喘振等待状态310中保持完整的时间段。在一个示例性实施方案中，电动机152被连接至改变电动机152速度的变速驱动装置(未示出)。由变速驱动装置(VSD)改变的压缩机的速度影响了穿过该系统的制冷剂 蒸气流率以及压缩机相对于喘振工况的稳定性。稳定性控制算法300、500可以结合变速驱 动装置使用。当使用变速驱动装置时，利用系统运行参数和压缩机PRV位置信息的适应性 容量控制逻辑可以被用于当在稳定性控制算法300、500处于喘振反应状态312时检测到喘 振的情况下，使压缩机以更快的速度运行。过去的性能参数可以绘制成图(mapped)和储存 在存储器中，以避免适应性容量控制逻辑的进一步的喘振工况。示例性的适应性容量控制 方法的描述在第4，608，833号美国专利中提供，该专利以引证方式被纳入本说明书。然而， 应理解，任何合适的适应性容量控制算法都可用于该系统。尽管仅示出和描述了本发明的一些特征和实施方案，但是本领域技术人员可想到 许多修改和变化(例如，在各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例；参数值(例如温度、压 力等)；安装布置；材料使用；颜色；定向等方面的变化)，而在本质上不偏离权利要求所述 的主题的新颖性教导和优点。任何过程或方法步骤的顺序或序列可根据替代实施方案而改 变或者重排。因此，应理解的是，所附权利要求书旨在覆盖所有这种落在本发明真实主旨内 的修改和改变。此外，为了提供示例性实施方案的简要说明，也许没有描述实际实施方案的 所有特征(例如，那些与实施本发明的目前所预期的最佳模式无关的特征，或那些与实现 所要求保护的本发明无关的特征)。应认识到的是，在任何该种实际实施方案的开发过程 中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施决策。如此的开发工作可能是复杂 和费时的，但对于受益于本公开内容的普通技术人员，仍然是适当的试验范围内的设计、力口 工和生产的常规任务。
权利要求
1.一种维持压缩机稳定运行的控制系统，包括至少一个第一控制状态，配置为响应于在该压缩机中检测到失速工况或喘振工况中的 一种，而关闭该压缩机的扩压器的流动通道；第二控制状态，配置为响应于测定不存在失速状态或喘振状态，而打开该压缩机的扩 压器的流动通道。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个第一控制状态包括失速反应状态，响应于检测到失速工况而进入该失速反应状态；以及喘振反应状态，响应于检测到喘振工况而进入该喘振反应状态。
3.如权利要求2所述的系统，其中该喘振反应状态配置为持续地将该扩压器的流动通道关闭一段预定的喘振反应时间 段；以及该失速反应状态配置为持续地关闭该扩压器的流动通道，直到被检测到的该失速工况 得到校正或者检测到喘振工况。
4.如权利要求3所述的系统，还包括喘振等待状态，配置为响应于在该喘振反应状态 校正喘振工况，而维持该扩压器的流动通道的尺寸。
5.如权利要求4所述的系统，其中该喘振等待状态被配置为维持该扩压器的流动通道 的尺寸，直到预定的喘振等待时间段期满、发生喘振工况或发生失速工况。
6.如权利要求5所述的系统，还包括热气超驰状态，配置为响应于在该喘振等待状态 发生喘振工况，而维持该扩压器的流动通道的尺寸。
7.如权利要求5所述的系统，其中响应于在该喘振等待状态中发生失速工况而进入 该失速反应状态，以及响应于在该失速反应状态中该失速工况被校正而进入该喘振等待状 态。
8.如权利要求3所述的系统，还包括失速等待状态，配置为响应于在该失速反应状态 中对失速工况的校正或压缩机的启动其中的一种，而维持该扩压器的流动通道的尺寸。
9.如权利要求8所述的系统，其中该失速等待状态被配置为维持该扩压器的流动通道 的位置，直到预定的失速等待时间段期满、预旋转叶片被调节了大于预定阈值的量、发生失 速工况或发生喘振工况中的一种情况发生为止。
10.如权利要求1所述的系统，其中该第二控制状态包括探测状态，配置为增量地打 开该扩压器的流动通道，直到检测到失速工况或检测到喘振工况。
11.如权利要求1所述的系统，还包括启动状态，配置为在启动该压缩机之前完全地 打开该扩压器的流动通道。
12.—种在离心压缩机中提供稳定性控制的方法，包括在该离心压缩机的运行期间重复地检测喘振工况；在该离心压缩机的运行期间重复地检测失速工况；响应于在该离心压缩机中检测到喘振工况或失速工况，而关闭该离心压缩机的扩压器 的流动通道；以及响应于检测到不存在失速工况或喘振工况，而打开该离心压缩机的扩压器的流动通道。
13.如权利要求12所述的方法，其中打开该扩压器的流动通道包括增量地打开该离心压缩机的扩压器的流动通道，直到检测到失速工况或者检测到喘振工况。
14.如权利要求12所述的方法，还包括响应于喘振工况被校正而维持该扩压器的流 动通道的尺寸，直到预定的喘振等待时间段期满、检测到喘振工况或检测到失速工况。
15.如权利要求12所述的方法，还包括响应于该离心压缩机的停止而完全地打开该 扩压器的流动通道。
16.如权利要求12所述的方法，还包括响应于失速工况的校正或离心压缩机的启动 其中的一种，而维持该扩压器流动通道的位置，直到预定的失速等待时间段期满、预旋转叶 片被移动了大于预定阈值的量、检测到失速工况或检测到喘振工况中的一种情况发生为止。
17.一种蒸气压缩系统，包括连接在一个闭环中的压缩机、第一热交换器和第二热交换器； 该压缩机包括 接收未压缩蒸气的入口； 排出压缩蒸气的出口 ；以及扩压器，其被设置在该出口附近，该扩压器包括一个配置为允许压缩蒸气流动到该出 口的通道，以及一个可调节地定位在该通道中的环，以改变该通道的尺寸，从而控制通过该 通道的压缩蒸气的流量；以及控制系统，用以响应于在该压缩机中存在失速工况和喘振工况或者在该压缩机中不存 在失速工况和喘振工况其中一种情况，来调节该环在该通道中的位置。
18.如权利要求17所述的系统，其中该控制系统响应于存在喘振工况或失速工况而使 该环伸展进入该通道。
19.如权利要求18所述的系统，其中该控制系统响应于检测到喘振工况而在预定的喘 振反应时间段内持续地使该环伸展进入该通道，以及该控制系统响应于检测到失速工况而 持续地使该环伸展进入该通道，直到被检测到的失速工况被校正或检测到喘振工况。
20.如权利要求17所述的系统，还包括连接在该出口和该入口之间的热气旁通阀，该热气旁通阀配置为允许该压缩制冷剂蒸 气的一部分从该出口流至该入口 ；以及响应于该热气旁通阀的打开，该控制系统使该环在该通道中保持就位。
全文摘要
提供一种用于离心压缩机(120，108，119)的稳定性控制算法(300)。该稳定性控制算法被用于根据检测到的压缩机不稳定状态而控制可变几何形状扩压器(119)和热气旁通阀(134)(当提供时)。该稳定性控制算法可以响应于检测到喘振工况或失速工况而调节扩压器环(210)在可变几何形状扩压器中的位置。可变几何形状扩压器中的扩压器环可以被调节以确定该扩压器环的最优位置。该稳定性控制算法还可以被用于响应于检测到持续的喘振工况而打开热气旁通阀。
文档编号F25B1/053GK102007301SQ200980113040
公开日2011年4月6日 申请日期2009年4月13日 优先权日2008年4月14日
发明者M·R·鲍戴尔, R·E·斯戴伯雷, W·J·米勒 申请人:江森自控科技公司