CN101460791A - 制冷系统中的风扇或泵的故障检测 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测制冷系统中的风扇组件或泵组件的诊断方法，包括以下步骤：运行控制装置以周期性地并且是短时间地关闭、或降低风扇或泵的速度，同时继续运行制冷系统。监测运行工况如压力、温度、电流或运行速度的变化。如预期的变化没有出现，则可判定风扇组件或泵组件存在故障。

Description

制冷系统中的风扇或泵的故障检测
技术领域
本申请涉及一种方法及控制装置，用于识别制冷系统中有故障的风扇或泵、或识别与该风扇或泵相关联的有故障的驱动装置。
背景技术
制冷系统众所周知是用于对二次流体如空气进行加热、冷却、加湿或除湿的各种不同的空调和制冷应用中。一般来说，在风冷制冷系统中，风扇驱动空气经过一对换热器。类似的，在水冷制冷系统或盐水冷却制冷系统中，泵驱动水或盐水通过水-制冷剂换热器或者盐水-制冷剂换热器。下面，在本文中将提出一些关于制冷系统的风扇的技术，可以理解的是对于用于二次流体的泵可得出相似的结论。即在本申请中，“流体输送装置”是指风扇或泵。
众所周知，压缩机一般压缩制冷剂，并将其输送至冷凝器。风扇驱动二次流体经过冷凝器，二次流体一般为空气。一般情况下，常规空调系统中的冷凝器都放在室外。
从冷凝器出来的制冷剂被输送至膨胀装置，然后被输送至蒸发器。另一个风扇驱动二次流体经过蒸发器，该二次流体一般也是空气。该空气通常被引入要调节的环境中。
制冷剂以封闭循环的方式从蒸发器回到压缩机中。制冷系统的示意图中常常还包括一些可选的部件或特征，但就理解其原理来说，它们不是必需的。
如果风扇或其关联的马达或驱动装置有故障，则不会有适量的二次流体被驱动经过冷凝器或蒸发器。一旦发生这种状况，系统其他部件就会受到严重损害，特别是压缩机。而且，制冷系统将不再会提供所期望的空间调节性能。
举例说，如果冷凝器风扇产生故障且未检测到该故障，压缩机就会在远高于设计值的排放压力和温度下开始运行。压缩机因此会受到损害。类似地，蒸发器风扇的故障会导致不希望的低压缩机抽吸压力和低制冷剂流量，并且也会导致压缩机受到损害。此外，蒸发器盘管会被冻住。而且，低制冷剂流量不利于向压缩机回油，因而导致效率降低以及可能损坏压缩机。因此，需要获得一种新的方法来检测制冷系统中的风扇故障，以防止系统或者性能衰退。
发明内容
用于识别制冷系统中的风扇组件故障的方法和控制装置提供了一种简单的系统测试。该系统测试优选周期地进行，如当系统被关闭时(非运行中)进行，或以一定的频率进行，如一天一次。
在一公开的实施例中，短时间地关闭与每个冷凝器或蒸发器相关联的风扇马达。制冷系统则继续运行，控制装置对系统运行工况的变化进行判定。举例说，当冷凝器停止工作时，压缩机排放侧的压力和温度就会增加。如未发现这种增加，则可判定冷凝器风扇已发生故障。
类似地，如果关掉蒸发器风扇，传送至压缩机的制冷剂的抽吸压力就会降低。同样地，如未观察到上述下降，则可判定蒸发器风扇或风扇驱动装置已经发生了故障。
同样可以通过观察风扇马达的电流和功率耗用的方式作出类似的判定。例如，如果控制装置发出一个关掉风扇的信号，但风扇电流耗用却没有变化，则可以判定通常与风扇或风扇驱动装置相关联的风扇系统发生了故障。通过将风扇的这些电气特性的测量结果与制冷剂压力和/或温度的监测结果相结合，就可判定故障是否与风扇系统或者与换热器或空气过滤器中的气流阻塞有关。
此外，如果风扇具有变速驱动装置(或者多速马达)，则可变更风扇的运行速度，而不是使马达完全停止。同样地，这会引起运行工况的一些变化(类似于上述的变化)。
另外，如果观察到一定环境条件下压力和/或温度随时间的变化，则可预测部件磨损速度和故障产生的预期时间，因此可以在损害扩展到整个制冷系统之前进行预防性维护。
本发明因此提供一种识别风扇故障、风扇驱动装置故障或风扇控制装置故障的简化方法。
本发明的这些以及其他的特征将根据以下的说明和附图得到最好的理解，接下来是附图的简要说明。
附图说明
图1A为使用了本发明的制冷系统的示意图。
图1B示出了可选特征。
图2为冷凝器风扇正常运行时的图表。
图3为蒸发器风扇正常运行时的图表。
图4示出风扇正常运行时的图表，其中可以观察到风扇电流耗用。
具体实施方式
图1A中示出了制冷系统19。压缩机20将制冷剂输送至下游的冷凝器24。排放传感器22检测制冷剂排放管路上的压力或温度。或者是，排放传感器22可以设置在冷凝器24内或冷凝器24与膨胀装置26之间。冷凝器24的下游设有膨胀装置26。膨胀装置26的下游设有蒸发器28。抽吸压力或温度传感器30监测从蒸发器28返回压缩机20的制冷剂流的状况。
如果系统中配有节能回路(蒸汽喷射管路)，则可在该中间压力管路的任何位置处设置压力或温度传感器。图1B示出了结合到制冷系统51中的节能回路示意图之一。压缩机20输送制冷剂至冷凝器24，并接收来自于蒸发器(该图中未示出)的制冷剂。然而，在冷凝器的下游和主膨胀装置26的上游之间，支路52从液体管路54分流制冷剂。支路52中的分流制冷剂流经辅助膨胀装置56。该分流制冷剂接着流过节能换热器50，并在其中冷却同样流经节能换热器50的液体管路54中的制冷剂。这样的节能回路用于提高一些制冷系统的容量和/或效率。虽然图中示出支路52中的分流制冷剂与液体管路54中的制冷剂沿相同的方向流过节能换热器50，但这仅仅只是为了简化示意图。实际上，上述制冷剂流一般都被布置成逆流模式。分流制冷剂经过蒸汽喷射管路58回至压缩机20，其通常在某个中间压力(介于抽吸压力和排放压力之间)下被喷射进入压缩机。压力或温度传感器60可以定位在该蒸汽喷射管路58上，这个压力或温度传感器可以类似的方式用于下文描述的其它压力和温度的检测。或者是，该压力或温度传感器60可以与节能换热器50定位在一起或定位在节能换热器50与辅助膨胀装置56之间。
类似地，抽吸传感器30可以定位在蒸发器28内或定位在蒸发器28与膨胀装置26之间。风扇组件45包括风扇25和风扇马达27。风扇组件另外还可包括变速驱动装置或多速驱动装置33。风扇25由风扇马达27驱动以使二次流体流过冷凝器24。一般地，这种二次流体为空气。
类似的，另一风扇组件49包括风扇29和马达31。这种风扇组件也可以包括可选的变速驱动装置或多速驱动装置。风扇29由马达31驱动以使空气流过蒸发器28。电流、功率或速度传感器35可以与马达27和31二者或其中的一个相关联或者与相关的风扇相关联。另一电流、功率或速度传感器37可以与压缩机20联接。每个传感器产生的信号被送回至制冷系统19的控制装置32。
现在来描述本发明的一个判定方法。在某个周期性时间，例如一天里较晚的时间(此时空调系统被关闭或者其使用需求不高)，控制装置32会短时间地逐次关闭风扇马达27和31。在这种情况下，制冷系统19继续运行，而系统运行工况则受到监测。
当风扇马达27短期关闭时，可以观察到由传感器22检测到的压力或者温度的上升超过了选定的容许阈值。如图2所示，排放压力在马达27停止时有一个陡峰形的上升。另一方面，如果信号相对没有变化，如图2中X线所示，则说明风扇组件45已经发生了故障。控制装置32则可采取纠正动作。
通过监测风扇马达27的电流或功率耗用，可应用同样的推理。举例说，当马达停止时，如果电流或功率耗用没有变化，则可判定风扇马达已经发生了故障。
通过短时间地关闭马达31，可以以类似方式控制蒸发器28的风扇29。如图3所示，这样关闭马达后，抽吸压力(或温度)预期将会降低。如果压力没有降到预定的容许阈值以下，就如图中所示的Y线一样，则可判定蒸发器风扇系统49存在故障。还应当指出的是，马达27的停止也会导致传感器30的读数的变化。类似地，马达31的停止也会导致传感器22的读数的变化。因此，可用定位在制冷系统19的高压侧、低压侧或者中间压力侧(如果使用了节能回路)上的单个传感器检测冷凝器风扇或者蒸发器风扇的故障。
图4示出了风扇电流耗用的预期变化。通过将风扇电气特性的测量结果与制冷剂压力或温度的监测结果相结合，就可判定故障是否与风扇系统相关或是否与换热器或空气过滤器中的气流阻塞相关。基于这一点，可以发出适当的诊断代码并采取动作。
例如，当控制装置32监测蒸发器风扇马达31耗用的电流以及压力传感器30的反馈信号时，可对与蒸发器28相关联的过滤器是否阻塞作出识别。当传感器35检测到电流下降尖峰，但传感器30检测到的抽吸压力保持相对不变时，就可进行这种识别。也可以通过监测马达或风扇转速来检测有故障的部件。例如，如果控制装置32被编程为发出关闭风扇的命令，但并未检测到风扇或风扇马达转速或电流有变化，则风扇或其关联的马达存在故障。
应该注意的是，由于吸/排放压力与压缩机的电流、功率耗用及压缩机转速之间相互关联，因此可以使用压缩机的电流、功率耗用或速度传感器37来代替压力或温度传感器22或30。
此外，图示出可选的变频驱动装置33与马达27相关联(类似地，一变频驱动装置可与马达31相关联)。这样的控制都是公知的，其可以用来以多种速度中的任一种来驱动马达27。通过改变速度，同样可以实行上述的方法。即，可以在不需完全启动和完全关闭马达的情况下实行上述方法，仅仅只需简单地改变速度，观测随后的变化并将其与设定的容许阈值进行比较。
同样的，如果在一定的环境条件下检测到压力和/或温度随时间的变化，则可预测部件损耗速度和故障产生的预期时间，因此可以在损害扩展到整个制冷系统之前进行预防性维护。例如，观测压力峰值随时间的变化可指示何时应当更换空气过滤器。因此本发明提供了一种简单的方法，该方法不但能监测风扇组件运行，并且当风扇组件出现故障时，能在制冷系统各部件受到任何扩展的损害之前快速识别故障。
尽管本发明披露了最佳实施例，本领域普通技术人员应当认可某些特定的改进应当落入本发明的保护范围之内。因此，以下的权利要求用以确定本发明真实的范围和内容。

Claims (35)

1、一种制冷系统，包括：
压缩机、所述压缩机下游的冷凝器、所述压缩机下游的膨胀装置、以及所述膨胀装置下游的蒸发器；
流体输送装置组件，所述流体输送装置组件与所述冷凝器及所述蒸发器二者相关联，用于使二次流体流过所述冷凝器及所述蒸发器；以及
用于运行该制冷系统的控制装置，所述控制装置被编程为短时间地改变与至少一个所述流体输送装置组件相关联的马达的运行速度，所述控制装置评估由所述速度变化导致的至少一种系统运行工况的变化，以判定所述至少一个流体输送装置组件是否出现故障。
2、如权利要求1所述的制冷系统，其中：所述速度被编程为从一有限值变化到零。
3、如权利要求1所述的制冷系统，其中：所述速度被编程为从一非零值变化为另一非零值。
4、如权利要求1所述的制冷系统，其中：所述系统工况为制冷剂工况。
5、如权利要求1所述的制冷系统，其中：至少一种系统工况选自于：温度、压力、电流、功率耗用、速度和频率。
6、如权利要求1所述的制冷系统，其中：与所述冷凝器的所述流体输送装置组件相关联的马达的速度被编程为变化的，并监测在排放压力、抽吸压力或中间压力处的至少一种制冷剂工况。
7、如权利要求1所述的制冷系统，其中：与所述蒸发器的所述流体输送装置组件相关联的马达的速度被编程为变化的，并监测在排放压力、抽吸压力或中间压力处的至少一种制冷剂工况。
8、如权利要求1所述的制冷系统，其中：所述制冷系统包括节能回路。
9、如权利要求1所述的制冷系统，其中：至少一个所述流体输送装置组件具有变频驱动装置，且所述变频驱动装置用于改变所述至少一个流体输送装置的运行速度。
10、如权利要求1所述的制冷系统，其中：至少一个所述流体输送装置组件具有多速马达，且该多速马达用于改变所述至少一个流体输送装置的运行速度。
11、如权利要求1所述的制冷系统，其中：所述至少一个流体输送装置组件在诊断步骤期间完全停止。
12、如权利要求1所述的制冷系统，其中：所述至少一种运行工况随时间的变化被监测，以预测所述至少一个流体输送装置组件的好坏状况。
13、如权利要求1所述的制冷系统，其中：涉及功率的系统工况被监测。
14、如权利要求13所述的制冷系统，其中：所述涉及功率的系统工况为电流。
15、如权利要求13所述的制冷系统，其中：所述涉及功率的系统工况为功率。
16、如权利要求13所述的制冷系统，其中：所述涉及功率的系统工况为速度。
17、如权利要求13所述的制冷系统，其中：所述涉及功率的系统工况为频率。
18、一种运行制冷系统的方法，包括：
(1)压缩机、所述压缩机下游的冷凝器、所述压缩机下游的膨胀装置，以及所述膨胀装置下游的蒸发器；
(2)流体输送装置组件，所述流体输送装置组件与所述冷凝器及所述蒸发器二者相关联，用于使二次流体流过所述冷凝器及所述蒸发器；以及
(3)用于运行制冷系统的控制装置，所述控制装置被编程为短时间地改变与至少一个所述流体输送装置组件相关联的马达的运行速度，并继续运行该制冷系统，在所述至少一个流体输送装置组件变化期间向所述控制装置提供至少一种系统运行工况的反馈，所述控制装置评估所述反馈以判定所述至少一个流体输送装置组件是否出现故障。
19、如权利要求18所述的方法，其中：所述的系统工况为制冷剂工况。
20、如权利要求19所述的方法，其中：监测制冷剂压力工况。
21、如权利要求19所述的方法，其中：监测制冷剂温度工况。
22、如权利要求19所述的方法，其中：与所述冷凝器相关联的所述流体输送装置组件的马达的速度被编程为发生改变，并监测在排放压力、抽吸压力或中间压力处的至少一种制冷剂工况。
23、如权利要求19所述的方法，其中：与所述蒸发器相关联的所述流体输送装置组件的马达的速度被改变，并监测在排放压力、抽吸压力或中间压力处的至少一个制冷剂工况。
24、如权利要求18所述的方法，其中：所述速度从一有限值变化到零。
25、如权利要求18所述的方法，其中：所述速度从一非零值变化为另一非零值。
26、如权利要求18所述的方法，其中：至少一种系统工况选自：温度、压力、电流、功率耗用和速度。
27、如权利要求18所述的方法，其中：所述制冷系统包括节能回路。
28、如权利要求18所述的方法，其中：至少一个所述流体输送装置组件具有变频驱动装置，且所述变频驱动装置用于改变所述至少一个流体输送装置的运行速度。
29、如权利要求18所述的方法，其中：至少一个所述流体输送装置组件具有多速马达，且该多速马达用于改变所述至少一个流体输送装置的运行速度。
30、如权利要求18所述的方法，其中：所述至少一个流体输送装置组件在诊断步骤期间完全停止。
31、如权利要求18所述的方法，其中：监测所述至少一种运行工况随时间的变化，以预测所述至少一个流体输送装置组件的好坏状况。
32、如权利要求18所述的方法，其中：监测涉及功率的系统工况。
33、如权利要求32所述的方法，其中：所述涉及功率的系统工况为电流。
34、如权利要求32所述的方法，其中：所述涉及功率的系统工况为功率。
35、如权利要求32所述的方法，其中：所述涉及功率的系统工况为速度。
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