一种冷水机组和补气控制方法与流程

本申请涉及冷水机组控制领域，更具体地，涉及一种冷水机组和补气控制方法。

背景技术：

对于带经济器的中间补气控制方案，目前的研究文献中大多只给出容积型压缩机的定性分析，且只是给出满载工况下补气对机组性能的影响分析，给出存在最优补气压力及最优补气量的定性结论，并未针对速度型离心机给出满载及部分负荷下的补气控制的具体方案，也有的文献简单采用pm＝√pc×pe(pm为中间压力，pc为冷凝压力，pe为蒸发压力)计算最佳中间压力及中间温度，但在机组实际运行过程中最优补气压力是随着工况及运行的阶段变化而不断改变的，简单按上述公式进行补气控制，并不能使机组在所有工况下具备最佳性能，尤其是在部分负荷运行时并未起到应有的补气作用，且由于补气压力选择不合理易造成补气带液或性能下降等不利影响。

另外，目前大多数厂家在实际应用中，也存在补气管路未增加任何阀门，补气不进行任何调节的方案，该方案在压缩机初始启动过程中，由于尚未建立正常的运行压差，而补气开度过大，极易造成闪发罐式经济器瞬间负压而被冷媒灌满，造成补气带液，对压缩机造成不可逆损伤。

目前磁悬浮市场中应用较多的一种补气控制方案，即经济器采用板式换热器，通过控制板式换热器冷媒气态出口的补气过热度来控制进入板式经济器的冷媒供液量，此种方案，只是针对进入板式经济器的供液量，而并非从压缩机补气量的角度出发，且由于该方案采用补气过热度进行控制，因而补气过热度都选择较大在8-10℃之间，但根据双级压缩补气增焓原理，补气过热度越大，对压缩机补气的效果越差，不能充分发挥补气对压缩机的性能优势。

因此，如何提供一种可以提高压缩机效率和稳定性的冷水机组，是目前有待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明提供一种冷水机组，用以解决现有技术中冷水机组补气效果差，机组稳定性不高的技术问题。

该冷水机组包括：

压缩机，为双级离心式，用于将低温低压冷媒气体压缩成高温高压冷媒气体并排至冷凝器；

冷凝器，用于将高温高压冷媒气体进行冷凝并通过第一节流阀降压后排至经济器；

经济器，为闪发罐式，用于对冷媒进行气液分离，将分离出的气体经补气管路与压缩机的低压级排气汇合后进入压缩机的高压级，将分离出的液体经所述第二节流阀排至蒸发器；

蒸发器，用于将低温低压的冷媒进行蒸发以降低冷冻水的温度，并将低温低压的冷媒气体送入压缩机；

所述补气管路上设置有补气调节阀，冷水机组的控制器被配置为：

若检测压缩机启动指令，启动所述压缩机并基于预设初始开度确定所述补气调节阀的目标开度；

若检测到所述压缩机的预设报警信号或所述压缩机进入预设稳定状态，根据所述压缩机的频率负荷和所述压缩机的导叶开度确定所述目标开度；

其中，所述频率负荷为所述压缩机的运行频率与满负荷频率的比值。

在本申请一些实施例中，所述控制器还被配置为：

若检测到停机指令，根据所述频率负荷控制所述目标开度，并停止所述压缩机。

在本申请一些实施例中，所述控制器具体被配置为：

若检测到所述压缩机的预设报警信号或所述压缩机进入预设稳定状态，根据公式一确定所述目标开度，所述公式一具体为：

emv＝(a×igv⁴+b×igv³+c×igv²+d×igv+e)×p

其中，emv为所述目标开度，igv为所述导叶开度，p为所述频率负荷，a,b,c,d,e为预设常数。

在本申请一些实施例中，所述控制器具体被配置为：

若检测到所述停机指令且所述频率负荷为预设最大负荷，基于预设最大开度确定所述目标开度，并停止所述压缩机；

若检测到所述停机指令且所述频率负荷为预设最小负荷，基于预设最小开度确定所述目标开度，并停止所述压缩机；

若检测到所述停机指令，且，所述频率负荷小于所述预设最大负荷且大于所述预设最小负荷，基于公式二确定所述目标开度，并停止所述压缩机，所述公式二具体为：

emv＝(p-p0)×(emvmax-emvmin)/(pmax-p0)+emvmin

其中，emv为所述目标开度，p为所述频率负荷，p0为所述预设最小负荷，pmax为所述预设最大负荷，emvmax为所述预设最大开度，emvmin为所述预设最小开度。

在本申请一些实施例中，所述控制器还被配置为：

若检测到所述压缩机停止且所述补气调节阀的开度不是所述预设最小开度，将所述补气调节阀的开度关小至所述预设最小开度。

相应的，本发明还提出了一种冷水机组的补气控制方法，应用于包括压缩机、冷凝器、第一节流阀、经济器、第二节流阀、蒸发器和控制器的冷水机组中，该经济器的补气管路上设置有补气调节阀，所述方法包括：

若检测压缩机启动指令，启动所述压缩机并基于预设初始开度确定所述补气调节阀的目标开度；

若检测到所述压缩机的预设报警信号或所述压缩机进入预设稳定状态，根据所述压缩机的频率负荷和所述压缩机的导叶开度确定所述目标开度；

其中，所述频率负荷为所述压缩机的运行频率与满负荷频率的比值。

在本申请一些实施例中，所述方法还包括：

若检测到停机指令，根据所述频率负荷控制所述目标开度，并停止所述压缩机。

在本申请一些实施例中，若检测到所述压缩机的预设报警信号或所述压缩机进入预设稳定状态，根据所述压缩机的频率负荷和所述压缩机的导叶开度确定所述目标开度，具体为：

若检测到所述压缩机的预设报警信号或所述压缩机进入预设稳定状态，根据公式一确定所述目标开度，所述公式一具体为：

emv＝(a×igv⁴+b×igv³+c×igv²+d×igv+e)×p

其中，emv为所述目标开度，igv为所述导叶开度，p为所述频率负荷，a,b,c,d,e为预设常数。

在本申请一些实施例中，若检测到停机指令，根据所述频率负荷控制所述目标开度，并停止所述压缩机，具体为：

若检测到所述停机指令且所述频率负荷为预设最大负荷，基于预设最大开度确定所述目标开度，并停止所述压缩机；

若检测到所述停机指令且所述频率负荷为预设最小负荷，基于预设最小开度确定所述目标开度，并停止所述压缩机；

若检测到所述停机指令，且，所述频率负荷小于所述预设最大负荷且大于所述预设最小负荷，基于公式二确定所述目标开度，并停止所述压缩机，所述公式二具体为：

emv＝(p-p0)×(emvmax-emvmin)/(pmax-p0)+emvmin

其中，emv为所述目标开度，p为所述频率负荷，p0为所述预设最小负荷，pmax为所述预设最大负荷，emvmax为所述预设最大开度，emvmin为所述预设最小开度。

在本申请一些实施例中，所述方法还包括：

若检测到所述压缩机停止且所述补气调节阀的开度不是所述预设最小开度，将所述补气调节阀的开度关小至所述预设最小开度。

与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：

本发明公开了一种冷水机组和补气控制方法，该冷水机组的控制器被配置为：若检测压缩机启动指令，启动所述压缩机并基于预设初始开度确定所述补气调节阀的目标开度；若检测到所述压缩机的预设报警信号或所述压缩机进入预设稳定状态，根据所述压缩机的频率负荷和所述压缩机的导叶开度确定所述目标开度；其中，所述频率负荷为所述压缩机的运行频率与满负荷频率的比值，从而既避免了传统的补气不调节引起的经济器带液及部分负荷补气不起作用的现象，又避免了板式换热器以补气过热度控制补气量所引起的补气性能的衰减现象，提高了压缩机的效率和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例提出的一种冷水机组的制冷循环示意图；

图2示出了本发明实施例中制冷循环压焓图；

图3示出了本发明实施例提出的一种冷水机组的补气控制方法的流程示意图

图4示出了本发明另一实施例提出的一种冷水机组的补气控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本发明实施例提出一种冷水机组，如图1所示，该冷水机组包括由压缩机100、冷凝器200、第一节流阀300、经济器400、第二节流阀600和蒸发器700组成的冷媒循环回路，该压缩机100为磁悬浮双级离心压缩机，该经济器400为闪发罐式经济器，补气管路连接经济器400顶部制冷剂气态出口与压缩机100中间补气口，所述补气管路设置补气调节阀500进行补气调节。

在制冷时，蒸发器700低压制冷剂蒸气(状态点1)→压缩机100低压级压缩到中间压力(状态点2)→和经济器400中分离出来的中压气体汇合(状态点3)→压缩机100高压级压缩到冷凝压力(状态点4)→冷凝器200中被冷凝成高压液体(状态点5)→一级节流至中间压力(状态点6)→经济器400中进行气液分离→经济器400中分离出的饱和气体(状态点7)作为中间补气和压缩机100的低压级排气(状态点2)汇合后(状态点3)进入高压级压缩，分离出来的液体(状态点8)经过二级节流至蒸发压力(状态点9)→蒸发器700蒸发制冷→制冷剂低压蒸气(状态点1)进入到压缩机100低压级压缩，至此完成一个制冷循环。

本实施例的蒸发器700还与用户端侧相连，蒸发器700内的冷冻水的温度降低后，进入用户侧，并且蒸发器700内的冷冻水可由用户侧补充。

如图2所示，由于闪发罐式经济器分离出来的气体没有经过低压级的压缩，而直接作为中间补气进入高压级压缩，即减小了低压级的耗功，并提高了制冷剂单位体积制冷量，提高的制冷量为状态点9与状态点6的焓差(h9-h6)，使得机组能效大大提高。因此合理的补气控制方案对磁悬浮双级压缩离心机组有着重要意义。

本发明为经济器中分离出的饱和气体(状态点7)作为中间补气和压缩机的低压级排气(状态点2)汇合后(状态点3)进入高压级压缩过程中的补气量即补气调节阀emv开度的调节进行合理控制，保证经济器及蒸发器在各工况下保持合理液位，保证机组在各个工况下稳定高效运行。

该冷水机组的控制器被配置为：

若检测压缩机启动指令，启动所述压缩机并基于预设初始开度确定所述补气调节阀的目标开度；

若检测到所述压缩机的预设报警信号或所述压缩机进入预设稳定状态，根据所述压缩机的频率负荷和所述压缩机的导叶开度确定所述目标开度；

其中，所述频率负荷为所述压缩机的运行频率与满负荷频率的比值。

本实施例中，若检测到压缩机启动指令，启动压缩机，压缩机进入启动阶段，此时由于在压缩机在启动阶段处于加载过程且并未满载，机组运行状态不稳定，此时补气调节阀若根据负荷或频率调节，会存在阀门频繁动作引起经济器液位不稳定及机组电流波动，易引起机组故障停机报警；若在此阶段补气调节阀全开，由于开机过程压比尚未建立，补气调节阀全开易造成经济器内压力降低而引起补气带液，易导致机组故障报警并对压缩机造成损伤，因此，基于预设初始开度确定补气调节阀的目标开度，使补气调节阀维持在预设初始开度。该预设初始开度可根据所选阀门类型及配置补气管路大小通过试验进行合理设定。

该压缩机包括导叶，导叶的开度可以随压缩机负荷进行调节，该压缩机的频率也可随负荷调整，若检测到所述压缩机的预设报警信号或所述压缩机进入预设稳定状态，使补气调节阀退出预设初始开度，并根据压缩机的频率负荷和压缩机的导叶开度确定补气调节阀的目标开度，该频率负荷为压缩机的运行频率与满负荷频率的比值。

预设报警信号可以为吸气压力低预警，或排气过热度低预警，或排气压力高预警，若检测到上述报警，除了对补气调节阀进行控制外，为减少停机次数，还通过限载或者与该报警对应的预设操作，预先对机组状态进行调整，避免机组直接达到故障停机的功能。

为了进一步提高冷水机组的稳定性，在本申请一些实施例中，所述控制器还被配置为：

若检测到停机指令，根据所述频率负荷控制所述目标开度，并停止所述压缩机。

本实施例中，由于在停机过程中，压缩机处于卸载过程，在卸载过程中若补气调节阀全关，会造成停机阶段经济器及蒸发器液位偏低，引起蒸发压力低故障；若补气调节阀全开，则容易在压缩机卸载过程中因为补气调节阀开度太大而引起经济器补气带液，造成压缩机损伤，因此，根据频率负荷控制补气调节阀的目标开度，并停止压缩机。

为了在检测到所述压缩机的预设报警信号或所述压缩机进入预设稳定状态时确定准确的目标开度，在本申请优选的实施例中，所述控制器具体被配置为：

若检测到所述压缩机的预设报警信号或所述压缩机进入预设稳定状态，根据公式一确定所述目标开度，所述公式一具体为：

emv＝(a×igv⁴+b×igv³+c×igv²+d×igv+e)×p

其中，emv为所述目标开度，igv为所述导叶开度，p为所述频率负荷，a,b,c,d,e为预设常数。

本实施例中，补气调节阀开度需根据压缩机实际运行负荷load进行调节，压缩机实际运行负荷load与压缩机运转过程中导叶开度igv及运行频率相关，根据离心压缩机流量与转速即频率成正比可知，在导叶开度igv一定时，压缩机运转频率负荷p可线性对比压缩机实际运行负荷load。但在压缩机运转频率一定时，压缩机导叶开度igv与压缩机实际运行负荷load非线性对应，可与压缩机厂家获得导叶开度与压缩机负荷对应关系曲线，或经过试验验证得出在压缩机频率一定的条件下，压缩机导叶开度igv与压缩机实际运行负荷load的对应关系，可将压缩机频率固定在满载频率100％，选取不同的导叶开度，在同样的运转工况条件下，得出导叶开度与压缩机负荷的实际对应关系，将试验数据拟合成导叶开度igv与压缩机实际运行负荷load的关系方程式：

load＝a×igv⁴+b×igv³+c×igv²+d×igv+e(1)

综合频率与导叶开度与压缩机实际负荷的关系，得出磁悬浮压缩机实际运行负荷如下：

load＝(a×igv⁴+b×igv³+c×igv²+d×igv+e)×p(2)

根据所设置补气调节阀流量特性曲线，得出补气调节阀目标开度emv与压缩机实际运行负荷load之间的对应关系，本方案所述补气调节阀流量曲线可近似为流量与阀门开度线性对应，则补气调节阀目标开度emv可与压缩机实际运行负荷load线性对应，因此得出补气调节阀目标开度控制方程：

emv＝(a×igv⁴+b×igv³+c×igv²+d×igv+e)×p(3)

需要说明的是，以上优选实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方案，其他根据压缩机的频率负荷和导叶开度确定目标开度的方式均属于本申请的保护范围。

为了在停机过程中确定准确的目标开度，在本申请优选的实施例中，所述控制器具体被配置为：

若检测到所述停机指令且所述频率负荷为预设最大负荷，基于预设最大开度确定所述目标开度，并停止所述压缩机；

若检测到所述停机指令且所述频率负荷为预设最小负荷，基于预设最小开度确定所述目标开度，并停止所述压缩机；

若检测到所述停机指令，且，所述频率负荷小于所述预设最大负荷且大于所述预设最小负荷，基于公式二确定所述目标开度，并停止所述压缩机，所述公式二具体为：

emv＝(p-p0)×(emvmax-emvmin)/(pmax-p0)+emvmin

其中，emv为所述目标开度，p为所述频率负荷，p0为所述预设最小负荷，pmax为所述预设最大负荷，emvmax为所述预设最大开度，emvmin为所述预设最小开度。

本实施例中，在机组停机过程中，补气调节阀开度可根据压缩机频率负荷p进行线性对应，压缩机最小频率负荷p0时，补气调节阀可关至最小开度emvmin，压缩机最大频率负荷pmax时，补气调节阀可开至最大emvmax；压缩机频率负荷在p0＜p＜pmax时，阀门开度与压缩机频率线性对应，得出方程式：

emv＝(p-p0)×(emvmax-emvmin)/(pmax-p0)+emvmin(4)

需注意，压缩机的频率调节周期与补气调节阀的开度调节周期分别控制在合理的预设范围内。即压缩机的频率调节周期在第一预设范围且补气调节阀的开度调节周期在第二预设范围。

需要说明的是，以上优选实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方案，其他根据频率负荷控制目标开度的方式均属于本申请的保护范围。

为了进步提高冷水机组的稳定性，在本申请一些实施例中，所述控制器还被配置为：

若检测到所述压缩机停止且所述补气调节阀的开度不是所述预设最小开度，将所述补气调节阀的开度关小至所述预设最小开度。

本实施例中，该预设最小开度小于预设初始开度，在压缩机完全停止后，将补气调节阀的开度关小至预设最小开度，从而便于压缩机的下次启动。

通过应用以上技术方案，冷水机组的控制器被配置为：若检测压缩机启动指令，启动所述压缩机并基于预设初始开度确定所述补气调节阀的目标开度；若检测到所述压缩机的预设报警信号或所述压缩机进入预设稳定状态，根据所述压缩机的频率负荷和所述压缩机的导叶开度确定所述目标开度；其中，所述频率负荷为所述压缩机的运行频率与满负荷频率的比值，从而既避免了传统的补气不调节引起的经济器带液及部分负荷补气不起作用的现象，又避免了板式换热器以补气过热度控制补气量所引起的补气性能的衰减现象，提高了压缩机的效率和稳定性。

为了进一步阐述本发明的技术思想，现结合具体的应用场景，对本发明的技术方案进行说明。

本发明实施例提供一种冷水机组的补气控制方法，应用于包括压缩机、冷凝器、第一节流阀、经济器、第二节流阀、蒸发器和控制器的冷水机组中，该经济器的补气管路上设置有补气调节阀，如图3所示，包括以下步骤：

步骤s301，emv＝emvmin。

在压缩机启动前，补气调节阀的目标开度emv为预设最小开度emvmin。

步骤s302，是否存在压缩机启动，若是执行步骤s303，否则执行步骤s301。

步骤s303，emv＝emvi，并执行步骤s304和步骤s305。

在压缩机启动过程中，补气调节阀的目标开度emv为预设初始开度emvi。

步骤s304，是否存在预设报警，若是执行步骤s306，否则执行步骤s303。

步骤s305，是否加载至稳定状态，若是执行步骤s306，否则执行步骤s303。

步骤s306，emv＝(a×igv⁴+b×igv³+c×igv²+d×igv+e)×p。

根据压缩机的导叶开度igv和频率负荷p确定补气调节阀的目标开度emv。

步骤s307，是否接收停机命令，若是执行步骤s308，否则执行步骤s306。

步骤s308，emv＝(p-p0)×(emvmax-emvmin)/(pmax-p0)+emvmin。

根据压缩机的频率负荷p确定补气调节阀的目标开度emv。

步骤s309，压缩机是否完全停止，若是执行步骤s310，否则执行步骤s308。

步骤s310，emv＝emvmin。

将补气调节阀的目标开度emv调整为预设最小开度emvmin。

与本申请实施例中的冷水机组相对应，本申请实施例还提出了一种冷水机组的补气控制方法，应用于包括压缩机、冷凝器、第一节流阀、经济器、第二节流阀、蒸发器和控制器的冷水机组中，该经济器的补气管路上设置有补气调节阀，如图4所示，所述方法包括：

步骤s401，若检测压缩机启动指令，启动所述压缩机并基于预设初始开度确定所述补气调节阀的目标开度；

步骤s402，若检测到所述压缩机的预设报警信号或所述压缩机进入预设稳定状态，根据所述压缩机的频率负荷和所述压缩机的导叶开度确定所述目标开度；

其中，所述频率负荷为所述压缩机的运行频率与满负荷频率的比值。

为了在检测到所述压缩机的预设报警信号或所述压缩机进入预设稳定状态时确定准确的目标开度，在本申请优选的实施例中，若检测到所述压缩机的预设报警信号或所述压缩机进入预设稳定状态，根据所述压缩机的频率负荷和所述压缩机的导叶开度确定所述目标开度，具体为：

若检测到所述压缩机的预设报警信号或所述压缩机进入预设稳定状态，根据公式一确定所述目标开度，所述公式一具体为：

emv＝(a×igv⁴+b×igv³+c×igv²+d×igv+e)×p

其中，emv为所述目标开度，igv为所述导叶开度，p为所述频率负荷，a,b,c,d,e为预设常数。

为了进一步提高冷水机组的稳定性，在本申请一些实施例中，所述方法还包括：

若检测到停机指令，根据所述频率负荷控制所述目标开度，并停止所述压缩机。

为了在停机过程中确定准确的目标开度，在本申请优选的实施例中，若检测到停机指令，根据所述频率负荷控制所述目标开度，并停止所述压缩机，具体为：

若检测到所述停机指令且所述频率负荷为预设最大负荷，基于预设最大开度确定所述目标开度，并停止所述压缩机；

若检测到所述停机指令且所述频率负荷为预设最小负荷，基于预设最小开度确定所述目标开度，并停止所述压缩机；

若检测到所述停机指令，且，所述频率负荷小于所述预设最大负荷且大于所述预设最小负荷，基于公式二确定所述目标开度，并停止所述压缩机，所述公式二具体为：

emv＝(p-p0)×(emvmax-emvmin)/(pmax-p0)+emvmin

其中，emv为所述目标开度，p为所述频率负荷，p0为所述预设最小负荷，pmax为所述预设最大负荷，emvmax为所述预设最大开度，emvmin为所述预设最小开度。

为了进步提高冷水机组的稳定性，在本申请一些实施例中，所述方法还包括：

若检测到所述压缩机停止且所述补气调节阀的开度不是所述预设最小开度，将所述补气调节阀的开度关小至所述预设最小开度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。