CN100557249C - 压缩机喘振的预判方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种压缩机喘振的预判方法，尤其是一种应用于具有离心式压缩机的制冷设备中的方法，其系先通过该离心式压缩机的性能检测，得出一组最高出口压力值(PcompoutH)，并侦测该离心式压缩机的进气导叶(IGV)的开度值以及冷媒流量值(F)，且依据所侦测的进气导叶的开度值以及冷媒流量值通过一预设公式运算得出该离心式压缩机的出口压力值(Pcompout)，再比较该出口压力值是否大于或等于该组最高出口压力值中对应所侦测的进气导叶的开度值的最高出口压力值，若是，则确认该离心式压缩机即将发生喘振，藉此，本发明系利用上述简易的步骤即可预先判断该离心式压缩机即将发生喘振，以提供预备进行排除喘振的依据。

Description

压缩机喘振的预判方法
技术领域
本发明涉及一种压缩机喘振的预判方法，更详而言之，本发明提供一种应用于具有离心式压缩机的制冷设备中，用以预先判断该离心式压缩机即将发生喘振的压缩机喘振的预判方法。
背景技术
冰水主机系为中央空调系统中的常见制冷设备，中央空调系统系利用冰水主机所制造出的冰水经由管路的传输，以热交换的方式，达到有效降低室内温度的目的。近几年来，冰水主机的使用已越来越普及，而冰水主机主要的运转核心系在压缩机部分，以离心式压缩机为例，其运转中常伴随着喘振(Surge)现象的发生，此喘振现象除了会产生较大的噪音之外，还会使得施加在驱动电动机上和叶轮轴承上的应力增加，进而对离心式压缩机本体造成破坏，因此，当喘振现象持续出现时，对于冰水主机而言势必会造成很大的伤害。
而为实时排除喘振现象，现今侦测喘振现象的方法，多是藉由单变量(Single Variable)的量测，来判断喘振现象的发生，其系仅通过量测所得到的电流值、温度值或是压力值，经由信号处理的过程，分别当作判断分析的依据，以美国专利公告第5,746,062号专利案为例，就是以单变量的方式进行分析，并以阀值(Threshold)的大小作为判断基准，而为了得到较精准及稳定的判断值，如该专利案的FIG.4(a)及4(b)所示，其系于藉由感测装置得到压力差后，为避免由于错误判断而造成的错误动作，必需经由一连串较复杂的逻辑判断流程，方能分析出判断结果，以确认离心式压缩机的喘振现象的发生与否，然而，此种侦测方式的运作过程实过于复杂，相对地，则会耗费许多的时间成本，此外，此种侦测方式系于喘振现象发生时，才进行判断，因此，若有些许的时间延误，则有可能造成离心式压缩机已有损害的情事发生。
因此，如何提供一种能够解决上述习知技术的问题的压缩机喘振的预判方法，实为此领域中亟待解决的问题。
发明内容
鉴于上述习知技术的缺失，本发明的主要目的在于提供一种简易进行预先判断离心式压缩机即将发生喘振的压缩机喘振的预判方法，以提供预备进行排除喘振的依据。
为实现上述主要目的，本发明的压缩机喘振的预判方法，系一种应用于具有离心式压缩机的制冷设备中，其包括以下步骤：
(1)通过该离心式压缩机的性能检测，得出一组最高出口压力值(PcompoutH)；
(2)侦测该离心式压缩机的进气导叶(Inlet Guide Vane；IGV)的开度值以及冷媒流量值(F)；
(3)依据所侦测的进气导叶的开度值以及冷媒流量值通过下列的公式(1)运算得出该离心式压缩机的出口压力值(Pcompout)；
Z＝(P1X+P2Y+P3)3……公式(1)；
其中，X、Y及Z分别用以表示该离心式压缩机的进气导叶的开度值、冷媒流量值及出口压力值，P1、P2及P3为已知系数值；以及
(4)比较该出口压力值是否大于或等于该组最高出口压力值中对应步骤(2)所侦测的进气导叶的开度值的最高出口压力值，若是，则确认该离心式压缩机即将发生喘振，以提供预备进行排除喘振的依据。
相较于习知技术，本发明的压缩机喘振的预判方法主要系于侦测该离心式压缩机的进气导叶的开度值以及冷媒流量值后，通过公式(1)的运算得出该离心式压缩机的出口压力值，再将该出口压力值与该离心式压缩机的性能检测所得的一组最高出口压力值中对应所侦测的进气导叶的开度值的最高出口压力值进行比较，以于该出口压力值大于或等于该最高出口压力值时，可预先判断该离心式压缩机即将发生喘振，以提供预备进行排除喘振的依据，藉以达到上述的主要目的。
附图说明
图1系为本发明压缩机喘振的预判方法的实施例步骤流程示意图；
图2A系为本发明压缩机喘振的预判方法所应用的制冷设备中的离心压缩机的进气导叶的开度值-冷媒流量值-出口压力值的性能曲线(Performance Curve)示意图；
图2B至2I系为对应图2A中不同的进气导叶的开度值的冷媒流量值以及出口压力值的数据表；以及
图3系为模拟图2A的3D(三维)进气导叶的开度值-冷媒流量值-出口压力值图。
【主要元件符号说明】S10至S14步骤
具体实施方式
以下系藉由特定的具体实例说明本发明的实施方式，熟悉此技艺的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可藉由其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
请参阅图1，其系为本发明压缩机喘振的预判方法的实施例步骤流程示意图。该压缩机喘振的预判方法系应用于具有离心式压缩机的制冷设备中。于本实施例中，该制冷设备系为冰水主机(chiller)，而该制冷设备系可应用于中央空调系统等。如图所示，该压缩机喘振的预判方法系先执行步骤S10。
在步骤S10，系通过该离心式压缩机的性能检测，得出一组最高出口压力值(PcompoutH)。于本实施例中，此步骤系先以实际对该离心式压缩机进行性能检测的方式，得到如图2A所示的该离心压缩机的进气导叶的开度值-冷媒流量值-出口压力值的性能曲线(Performance Curve)示意图后(图中每一颜色的曲线即代表一性能曲线，需特别说明的是，该些性能曲线的数量仅为本实施例中所采用，并非用以限制实际性能检测后所得的性能曲线的数量)，即可从该性能曲线示意图得知该离心式压缩机对应不同的进气导叶的开度值的可容许的最高出口压力值。
再请参阅图2B至2I，系为对应图2A中不同的进气导叶的开度值的冷媒流量值以及出口压力值的数据表，如图所示，系可得知该组最高出口压力值系为分别对应该进气导叶的开度值30％(即0.3)、40％(即0.4)、50％(即0.5)、60％(即0.6)、70％(即0.7)、80％(即0.8)、90％(即0.9)及100％(即1)的77640、90840、95920、98660、100300、101200、101900及101900(单位kgf/m2)；需予以附加说明的是，该些数据表中仅表示与本发明压缩机喘振的预判方法有关的参数字段，于实际性能检测后所得的数据表复包括其它参数字段。接着进至步骤S11。
在步骤S11，系侦测该离心式压缩机的进气导叶(Inlet Guide Vane；IGV)的开度值以及冷媒流量值(F)。于本实施例中，此步骤系实时或周期性(间隔一段时间)进行该离心式压缩机的进气导叶的开度值以及冷媒流量值的侦测(具体实施时，若采用周期性进行该离心式压缩机的进气导叶的开度值以及冷媒流量值的侦测，则可于每次进行侦测时，侦测一固定时间(例如一分钟)内的进气导叶的开度值以及冷媒流量值，并进行移动平均运算后，得出平均的进气导叶的开度值以及冷媒流量值后，方予执行后续的步骤，但并非以此种具体实施方式为限)。接着进至步骤S12。
在步骤S12，是依据所侦测的进气导叶的开度值以及冷媒流量值通过下列的公式(1)运算得出该离心式压缩机的出口压力值(Pcompout)；
Z＝(P1X+P2Y+P3)3……公式(1)；
其中，X、Y及Z分别用以表示该离心式压缩机的进气导叶的开度值、冷媒流量值及出口压力值，P1、P2及P3为已知系数值。于本实施例中，该公式(1)的系数值是依据该制冷设备的离心式压缩机经性能检测所得的性能曲线(如图2A所示)中的多组该离心式压缩机的进气导叶的开度值、冷媒流量值及出口压力值(如第2B至2I图所示)，通过该公式(1)运算所取得的。
再请参阅图3，系为模拟图2A的3D(三维)进气导叶的开度值-冷媒流量值-出口压力值图，如图所示的黑点，可更清楚看出用以通过该公式(1)进行运算的多组该离心式压缩机的进气导叶的开度值、冷媒流量值及出口压力值；需予以附加说明的是，该3D(三维)进气导叶的开度值-冷媒流量值-出口压力值图中的黑点所代表的多组该离心式压缩机的进气导叶的开度值、冷媒流量值及出口压力值的组数并非有所限制，图中仅为本实施例中的实际范例，而组数的多寡系影响着后续通过该公式(1)进行运算所取得的系数值的准确度，亦即，取得的组数越多，通过该公式(1)进行运算所取得的系数值即越准确。
而为更明确说明该系数值的运算过程，现以实际数据为范例进行说明：
该公式(1)(即Z＝(P1X+P2Y+P3)3)展开后为Z＝P1 3X3+P2 3Y3+3P1 2P2X2Y+3P1P2 2XY2+3P1 2P3X2+3P2 2P3Y2+6P1P2P3XY+3P1P3 2X+3P2P3 2Y+P3 3，共10个项，接着将该图2A的制冷设备的离心式压缩机经性能检测所得的性能曲线中的多组该离心式压缩机的进气导叶的开度值、冷媒流量值及出口压力值(如图2B至2I所示)，带入该公式(1)(即Z＝(P1X+P2Y+P3)3)，经由运算联立方程式解得10个项的系数值，分别对应为，P3 3＝21836.952；3P1P3 2＝3833.9265；3P2P3 2＝-7752.849；3P1 2P3＝-50.260129；3P2 2P3＝880.58716；6P1P2P3＝22.58319；P1 3＝0.23413617；P2 3＝-49.355134；3P1P2 2＝3.7448195；3P1 2P2＝-0.57460569，则再进一步经运算，即可得P1＝0.616344；P2＝-3.66812；P3＝27.951。
承上述，可得知该公式(1)系为
Z＝〔0.616344X+(-3.66812)Y+27.951〕3，
因此，在X及Y(即步骤S11所侦测的该离心式压缩机的进气导叶的开度值及冷媒流量值)为已知的状况下，即可运算得出Z(即该离心式压缩机的出口压力值(Pcompout))。
此外，于本实施例中，此步骤中的经该公式(1)运算所得的出口压力值再与一修正系数进行乘法运算后，再进至步骤S13；其中，该修正系数系为大于或等于90％至小于100％(亦即90％≤修正系数＜100％)中的一个。
在步骤S13，系比较该出口压力值是否大于或等于该组最高出口压力值中对应步骤S11所侦测的进气导叶的开度值的最高出口压力值。于本实施例中。此步骤系将步骤S12中所运算得出的出口压力值(由实际侦测的进气导叶的开度值以及冷媒流量值通过该公式(1)运算得出者)与实际对该离心式压缩机进行性能检测的方式所得的该组最高出口压力值中对应步骤S11所侦测的进气导叶的开度值的最高出口压力值进行比较，并于该出口压力值大于或等于该组最高出口压力值中对应步骤S11所侦测的进气导叶的开度值的最高出口压力值时，则确认该离心式压缩机即将发生喘振，例如，由步骤S11所侦测的进气导叶的开度值若为30％时，即从该组最高出口压力值中找出进气导叶的开度值为30％的最高出口压力值(于本实施例中，开度值为30％的最高出口压力值系为77640kgf/m2)，并比较该出口压力值是否大于或等于进气导叶的开度值为30％的最高出口压力值(即77640kgf/m2)，若是，则确认该离心式压缩机即将发生喘振并进至步骤S14。
在步骤S14，输出一该离心式压缩机即将发生喘振的提示。于本实施例中，此步骤用以在步骤S13判断出该离心式压缩机即将发生喘振时，实时通过如屏幕显示、灯号显示或声音提示等方式提示旁人，以提供预备进行排除喘振的依据(例如通过关闭该进气导叶以及开启热气冷媒旁路阀(Hot-Gas Bypass；HGBP)等方式以于喘振发生时进行排除)。
综上所述，本发明的压缩机喘振的预判方法系主要系先通过该离心式压缩机的性能检测，得出一组最高出口压力值，并侦测该离心式压缩机的进气导叶的开度值以及冷媒流量值，且依据所侦测的进气导叶的开度值以及冷媒流量值通过一预设公式运算得出该离心式压缩机的出口压力值，再比较该出口压力值是否大于或等于该组最高出口压力值中对应所侦测的进气导叶的开度值的最高出口压力值，若是，则确认该离心式压缩机即将发生喘振，换具话说，即于侦测该离心式压缩机的进气导叶的开度值以及冷媒流量值后，通过公式(1)的运算得出该离心式压缩机的出口压力值，再将该出口压力值与该离心式压缩机的性能检测所得的一组最高出口压力值中对应所侦测的进气导叶的开度值的最高出口压力值进行比较，以于该出口压力值大于或等于该最高出口压力值时，可预先判断该离心式压缩机即将发生喘振，以提供预备进行排除喘振的依据；相较于习知技术者，本发明的压缩机喘振的预判方法并不需要进行繁琐的逻辑判断程序，即可预先判断该离心式压缩机即将发生喘振，亦即，本发明系提供一种简易进行预先判断喘振发生的压缩机喘振的预判方法。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟习此项技艺的人士均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围应如权利要求所列。

Claims (6)

1.一种压缩机喘振的预判方法，应用于具有离心式压缩机的制冷设备中，该方法包括下列步骤：
(1)藉由该离心式压缩机的性能检测，从性能曲线图得出一组对应不同的进气导叶的开度值的可容许的最高出口压力值(PcompoutH)；
(2)侦测该离心式压缩机的进气导叶的开度值以及冷媒流量值(F)；
(3)藉由所侦测得的进气导叶开度值以及冷媒流量值，再通过下列的公式(1)运算得出该离心式压缩机的出口压力值(Pcompout)；
Z＝(P1X+P2Y+P3)3……公式(1)；
其中，X、Y及Z分别用以表示该离心式压缩机的进气导叶的开度值、冷媒流量值及出口压力值，P1、P2及P3为已知系数值，且该公式(1)的系数值是依据该制冷设备的离心式压缩机经性能检测所得的性能曲线中的多组该离心式压缩机的进气导叶的开度值、冷媒流量值及出口压力值，通过该公式(1)运算所取得的；以及
(4)比较该步骤(3)中运算得出的出口压力值是否大于或等于该组最高出口压力值中对应步骤(2)所侦测的进气导叶的开度值的最高出口压力值，若是，则确认该离心式压缩机即将发生喘振，以提供预备进行排除喘振的依据。
2.如权利要求1所述的压缩机喘振的预判方法，其特征在于，该制冷设备系为冰水主机。
3.如权利要求1所述的压缩机喘振的预判方法，其特征在于，该步骤(2)系实时或周期性进行侦测。
4.如权利要求1所述的压缩机喘振的预判方法，其特征在于，该步骤(3)中的经该公式(1)运算所得的出口压力值再与一修正系数进行乘法运算后，方予进至步骤(4)，其中，该修正系数为大于或等于90％至小于100％中的一个。
5.如权利要求1所述的压缩机喘振的预判方法，其特征在于，该步骤(4)还在该出口压力值大于或等于该组最高出口压力值中对应步骤(2)所侦测的进气导叶的开度值的最高出口压力值时，输出一该离心式压缩机即将发生喘振的提示。
6.如权利要求5所述的压缩机喘振的预判方法，其特征在于，该提示的方式系为屏幕显示、灯号显示以及声音提示其中的一个。
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