CN106640655B - 流体机械转速与自身容量调节机构的协控方法及流体机械 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种流体机械转速与自身容量调节机构的协控方法和流体机械。流体机械转速与自身容量调节机构的协控方法根据自身容量调节机构效率和转速效率的比较值来切换加载或者减载过程中的控制对象，再进行调节。这一协控方法，能够使得流体机械在加载或者减载到部分负载时，获得更优的转速与自身容量调节机构位置的搭配，从而使流体机械获得更高的工作效率。本发明提供的流体机械，具有在部分负载下工作效率高的优点。

Description

流体机械转速与自身容量调节机构的协控方法及流体机械

技术领域

本发明涉及流体机械领域，更具体地，涉及一种流体机械转速与自身容量调节机构的协控(协调控制)方法及流体机械。

背景技术

流体机械是以流体为工质来转换能量的机械，其中将电能转化成工质的机械能或者内能的流体机械通常包括泵、风机、压缩机等等。对于将电能转化成工质的机械能或者内能的流体机械，其输出能力的调节通常包括转速调节和自身容量机构调节两种形式，转速调节可以采用变频器来实现，自身容量机构调节可采用自身的变容积或行程等机构来实现。转速调节方式通过调节电动机的转速来调节流体机械的输出能力，自身容量调节机构通过调节工质的流量来调节流体机械的输出能力。流体机械通常采用两种控制方式并存的方式来对流体机械的输出能力进行调节。现有的转速调节和自身容量调节机构调节的协控方法存在以下问题：

以流体机械中的螺杆式压缩机为例，螺杆式压缩机的自身容量调节机构为压缩机的滑阀，转速调节机构为压缩机的变频器。如图1所示，图1的横轴代表螺杆式压缩机的输出能力，纵轴代表转速(变频器的输出频率)的大小和自身容量调节机构(滑阀)的位置，由于变频器的输出频率与电动机的转速之间存在正相关的关系，因此可以用变频器的输出频率来表征电动机转速的大小。变频器的输出频率越高，则电动机的转速越大，变频器的输出频率越低，则电动机的转速越小。变频器的输出频率的单位为Hz，电动机的转速的单位为转/分。

曲线1为自身容量调节机构(滑阀)的调节曲线，曲线2为转速(变频器的输出频率)的调节曲线。在现有的转速调节和自身容量调节机构调节的协控方法中，尽可能使自身容量调节机构(滑阀)有更高的位置，同时使转速(变频器的输出频率)较低。因此，加载时首先加载自身容量调节机构(滑阀)，当自身容量调节机构(滑阀)达到最大能力时再提高转速(变频器的输出频率)(在图1中，螺杆式压缩机的输出能力先通过自身容量调节机构(滑阀)调节提升到60％，此时自身容量调节机构(滑阀)位置调节至最高，即100％，然后转速(变频器的输出频率)再逐渐提升，从而将螺杆式压缩机的输出能力从60％继续提升至100％)。减载时先降低转速(变频器的输出频率)，再减载自身容量调节机构(滑阀)。

但进一步的仿真分析表明上述调节方法并不能使得流体机械获得最佳的工作效率。某些情况下，特定的转速搭配自身容量调节机构中间某位置时，流体机械才会获得最佳的工作效率。本领域需要一种全新的流体机械转速与自身容量调节机构的协控方法，使得流体机械能够获得更优的转速与自身容量调节机构位置的搭配，从而使流体机械获得更高的工作效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种流体机械转速与自身容量调节机构的协控方法，所述流体机械转速与自身容量调节机构的协控方法能够使所述流体机械获得更高的工作效率。

本发明的目的还在于提供一种流体机械，所述流体机械采用所述流体机械转速与自身容量调节机构的协控方法来调节转速和自身容量调节机构，从而能够获得更高的工作效率。

为实现所述目的的流体机械的转速与自身容量调节机构的协控方法，以所述流体机械的当前的输出能力为基准，对所述流体机械的输出能力进行加载或者减载，所述流体机械的转速与自身容量调节机构的协控方法包括以下步骤：

a.获取当前输出能力下流体机械的当前转速和自身容量调节机构的当前位置；

b.以所述当前位置为基准，保持所述当前转速不变，根据所述流体机械的特性获取自身容量调节机构位置高于所述当前位置的第一位置所对应的所述流体机械的第一功率和第一工质流量；

c.以所述当前位置为基准，保持所述当前转速不变，根据所述流体机械的特性获取自身容量调节机构位置低于所述当前位置的第二位置所对应的所述流体机械的第二功率和第二工质流量；

d.根据所述第一功率、所述第一工质流量、所述第二功率、所述第二工质流量来计算自身容量调节机构效率，所述自身容量调节机构效率的计算公式为：

e.以所述当前转速为基准，保持所述自身容量调节机构的所述当前位置不变，根据所述流体机械的特性获取转速高于所述当前转速的第一转速所对应的所述流体机械的第三功率和第三工质流量；

f.以所述当前转速为基准，保持所述自身容量调节机构的所述当前位置不变，根据所述流体机械的特性获取转速低于所述当前转速的第二转速所对应的所述流体机械的第四功率和第四工质流量；

g.根据所述第三功率、所述第三工质流量、所述第四功率、所述第四工质流量来计算转速效率，所述转速效率的计算公式为：

h.比较所述自身容量调节机构效率和所述转速效率；

如果所述自身容量调节机构效率高于所述转速效率，那么加载时，保持所述当前转速不变，并且调节所述自身容量调节机构位置以完成所述加载；减载时，保持当前所述自身容量调节机构位置不变，并且调节所述转速以完成所述减载；

如果所述自身容量调节机构效率低于所述转速效率，那么加载时，保持当前所述自身容量调节机构位置不变，并且调节所述转速以完成所述加载；减载时，保持所述当前转速不变，并且调节所述自身容量调节机构位置以完成所述减载。

所述的流体机械转速与自身容量调节机构的协控方法，其进一步的特点是，所述流体机械的转速与自身容量调节机构的协控方法还包括：将外部控制信号作为输入，以决定所述流体机械在当前的输出能力下进行加载或是减载，并且确定在所述加载或者减载中所述自身容量调节机构位置的调节幅度或者所述转速的调节幅度。

所述的流体机械转速与自身容量调节机构的协控方法，其进一步的特点是，所述自身容量调节机构位置具有第一极限位置和第二极限位置，所述自身容量调节机构位置能够在所述第一极限位置和所述第二极限位置所确定的范围内变化，以调节所述输出能力；所述转速具有第一极限转速和第二极限转速，所述转速能够在所述第一极限转速和所述第二极限转速所确定的范围内变化，以调节所述输出能力。

在所述加载或者减载过程中，当所述自身容量调节机构位置的调节幅度超出所述第一极限位置或者所述第二极限位置时，先使所述自身容量调节机构位置变化至所述第一极限位置或者所述第二极限位置，再调节所述转速，以完成所述加载或者减载；当所述转速的调节幅度超出所述第一极限转速或者所述第二极限转速时，先使所述转速变化至所述第一极限转速或者所述第二极限转速，再调节所述自身容量调节机构位置，以完成所述加载或者减载。

所述的流体机械转速与自身容量调节机构的协控方法，其进一步的特点是，从所述当前位置分别变化至所述第一位置和所述第二位置的变化幅度的范围为1％至5％；从所述当前转速分别变化至所述第一转速和所述第二转速的变化幅度的范围为1转/分钟至100转/分钟。

所述的流体机械转速与自身容量调节机构的协控方法，其进一步的特点是，所述流体机械的输出能力调节为周期性调节，所述周期性调节包括多个连续的进行加载或减载的调节周期，所述调节周期包括步骤a至步骤h；多个连续的所述调节周期包括任意相邻的第一调节周期和第二调节周期；将所述第一调节周期内的步骤h中的完成所述调节之后的所述流体机械的输出能力作为所述第二调节周期内的步骤a中的所述当前输出能力，以完成所述周期性调节。

为实现所述目的的流体机械，包括用于对所述流体机械进行加载或者减载的自身容量调节机构和转速，所述流体机械还包括控制模块，所述控制模块被配置成用于

a.获取当前输出能力下流体机械的当前转速和和自身容量调节机构的当前位置；

b.以所述当前位置为基准，保持所述当前转速不变，根据所述流体机械的特性获取自身容量调节机构位置高于所述当前位置的第一位置所对应的所述流体机械的第一功率和第一工质流量；

c.以所述当前位置为基准，保持所述当前转速不变，根据所述流体机械的特性获取自身容量调节机构位置低于所述当前位置的第二位置所对应的所述流体机械的第二功率和第二工质流量；

d.根据所述第一功率、所述第一工质流量、所述第二功率、所述第二工质流量来计算自身容量调节机构效率，所述自身容量调节机构效率的计算公式为：

e.以所述当前转速为基准，保持所述自身容量调节机构的所述当前位置不变，根据所述流体机械的特性获得转速高于所述当前转速的第一转速所对应的所述流体机械的第三功率和第三工质流量；

f.以所述当前转速为基准，保持所述自身容量调节机构的所述当前位置不变，根据所述流体机械的特性获得转速低于所述当前转速的第二转速所对应的所述流体机械的第四功率和第四工质流量；

g.根据所述第三功率、所述第三工质流量、所述第四功率、所述第四工质流量来计算转速效率，所述转速效率的计算公式为：

h.比较所述自身容量调节机构效率和所述转速效率；

如果所述自身容量调节机构效率高于所述转速效率，那么加载时，保持所述当前转速不变，所述自身容量调节机构调节所述自身容量调节机构位置以完成所述加载；减载时，所述自身容量调节机构保持当前所述自身容量调节机构位置不变，调节所述转速以完成所述减载；

如果所述自身容量调节机构效率低于所述转速效率，那么加载时，所述自身容量调节机构保持当前所述自身容量调节机构位置不变，调节所述转速以完成所述加载；减载时，保持所述当前转速不变，所述自身容量调节机构调节所述自身容量调节机构位置以完成所述减载。

所述的流体机械，其进一步的特点是，所述自身容量调节机构位置具有第一极限位置和第二极限位置，所述控制模块能够控制所述自身容量调节机构位置在所述第一极限位置和所述第二极限位置所确定的范围内变化，以调节所述输出能力；所述转速具有第一极限转速和第二极限转速，所述控制模块能够控制所述转速在所述第一极限转速和所述第二极限转速所确定的范围内变化，以调节所述输出能力；

在所述加载或者减载过程中，当所述自身容量调节机构位置的调节幅度超出所述第一极限位置或者所述第二极限位置时，所述控制模块能够先使所述自身容量调节机构位置变化至所述第一极限位置或者所述第二极限位置，再调节所述转速，以完成所述加载或者减载；当所述转速的调节幅度超出所述第一极限转速或者所述第二极限转速时，所述控制模块能够先使所述转速变化至所述第一极限转速或者所述第二极限转速，再调节所述自身容量调节机构位置，以完成所述加载或者减载。

所述的流体机械，其进一步的特点是，所述流体机械为螺杆式压缩机，所述自身容量调节机构为所述螺杆式压缩机的滑阀，所述转速调节机构为所述螺杆式压缩机的变频器；所述外部控制信号为水温控制信号。

所述的流体机械，其进一步的特点是，所述流体机械还包括泵和风机。

本发明的积极进步效果在于：本发明提供的流体机械的转速与自身容量调节机构的协控方法，根据自身容量调节机构效率和转速效率的比较值来切换加载或者减载过程中的控制对象，再进行调节。这一协控方法，能够使得流体机械在加载或者减载到部分负载时，获得更优的转速与自身容量调节机构位置的搭配，从而使流体机械获得更高的工作效率。本发明提供的流体机械，具有在部分负载下工作效率高的优点。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为现有技术中流体机械输出能力调节曲线的示意图；

图2为本发明中功率和工质流量获取方式的示意图；

图3为本发明中加载和减载控制过程的示意图；

图4为本发明一个实施例中流体机械转速与自身容量调节机构的协控方法的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

需要注意的是，图1至图4均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。

流体机械通常包括泵、风机、压缩机等等，其共性在于对工质(包括制冷剂、空气、水等等)做功，以改变工质的机械能或者内能。这一类的流体机械通常包括电机，电机带动流体机械内的做功部件对工质做功。流体机械的输出能力的调节过程又叫做加载或者减载。加载是流体机械的输出能力上升的过程，如图1、4所示，流体机械的输出能力可以从10％上升至100％。减载是流体机械的输出能力下降的过程，如图1、4所示，流体机械的输出能力可以从100％下降至10％。

流体机械的输出能力可以通过调节自身容量调节机构位置或者转速来实现。将二者结合用来调节流体机械的输出能力，可以增大输出能力的调节范围和调节精度。在加载或者减载的过程中，自身容量调节机构位置和转速的变化不仅会改变流体机械的输出能力，也会带来流体机械的工作效率(性能系数COP)的变化。

在不同的输出能力下，流体机械的工作效率不同，本领域通常用综合部分负载性能系数(IPLV)来衡量流体机械在部分负载下的工作效率。以流体机械中的螺杆式压缩机为例，其综合部分负载性能系数(IPLV)可用以下公式计算：

IPLV＝1.2％×A+32.8％×B+39.7％×C+26.3％×D

其中，A＝机组输出能力为100％时的性能系数(COP,kW/kW)；B＝机组输出能力为75％时的性能系数(COP,kW/kW)；C＝机组输出能力为50％时的性能系数(COP,kW/kW)；D＝机组输出能力为25％时的性能系数(COP,kW/kW)。因此，提高在不同的部分负载下的性能系数(COP,kW/kW)，对提高螺杆式压缩机的综合部分负载性能系数(IPLV)有重要意义。

某一个输出能力下的性能系数(COP,kW/kW)与在这一输出能力下的自身容量调节机构位置或者转速十分相关。在流体机械的输出能力的调节过程中，对于同一个输出能力，存在多个自身容量调节机构位置与转速的搭配组合，来使流体机械达到这一输出能力。在这些搭配组合中，存在一个优化的搭配组合，能够使流体机械的性能系数(COP,kW/kW)较高。

图1示出的现有技术中的自身容量调节机构位置与转速的调节方法，其调节过程中的加载过程总是先调节自身容量调节机构位置进行加载，自身容量调节机构位置调节至上限(100％)后再调节转速继续进行加载；减载过程总是先调节转速进行减载，转速调节至下限(例如，变频器的输出频率为30Hz时对应的转速)后再调节自身容量调节机构位置进行减载。这样的调节过程实现起来较为简单，但是自身容量调节机构位置与转速的搭配组合无法使流体机械获得较高的性能系数(COP,kW/kW)。造成这种情况的原因是：在加载或者减载的过程中，对两个控制对象(自身容量调节机构位置或者转速)没有一个选择比较过程，而只是机械地在两个控制对象的其中一个到达极限位置时，切换到另外一个控制对象来继续进行加载或者减载的过程，这样的做法会降低流体机械的工作效率。

图2至图4示出了本发明的一个实施例，在该实施例中，流体机械转速与自身容量调节机构的协控方法会周期性地对两个控制对象(自身容量调节机构位置或者转速频率)进行比较，以选择使流体机械的工作效率更高的控制对象来进行加载或者减载过程。具体地，本发明的一个实施例提供的流体机械转速与自身容量调节机构的协控方法，用于以流体机械的当前的输出能力为基准，对流体机械进行加载或者减载，包括以下步骤：

a.获取当前输出能力下流体机械的当前转速和自身容量调节机构的当前位置；在本步骤中，可以依据当前输出能力下的流体机械的电流或功率计算出当前转速和自身容量调节机构的当前位置；

b.以当前位置为基准，保持当前转速不变，根据流体机械的特性获取自身容量调节机构位置高于当前位置的第一位置所对应的流体机械的第一功率和第一工质流量；

c.以当前位置为基准，保持当前转速不变，根据流体机械的特性获取自身容量调节机构位置低于当前位置的第二位置所对应的流体机械的第二功率和第二工质流量；

d.根据第一功率、第一工质流量、第二功率、第二工质流量来计算自身容量调节机构效率，自身容量调节机构效率的计算公式为：

e.以当前转速为基准，保持自身容量调节机构的当前位置不变，根据流体机械的特性获取转速高于当前转速的第一转速所对应的流体机械的第三功率和第三工质流量；

f.以当前转速为基准，保持自身容量调节机构的当前位置不变，根据流体机械的特性获取转速低于当前转速的第二转速所对应的流体机械的第四功率和第四工质流量；

g.根据第三功率、第三工质流量、第四功率、第四工质流量来计算转速效率，转速效率的计算公式为：

h.比较自身容量调节机构效率和转速效率；

如果自身容量调节机构效率高于转速效率，那么加载时，保持当前转速不变，并且调节自身容量调节机构位置以完成加载；减载时，保持当前自身容量调节机构位置不变，并且调节转速以完成减载；

如果自身容量调节机构效率低于转速效率，那么加载时，保持当前自身容量调节机构位置不变，并且调节转速以完成加载；减载时，保持当前转速不变，并且调节自身容量调节机构位置以完成减载。

步骤a至步骤h是对两个控制对象(自身容量调节机构位置或者转速)进行比较并确定加载或减载过程选择哪一个控制对象的过程。其中，用于比较的指标是自身容量调节机构效率和转速效率，这两个指标的分子部分为工质流量，分母部分为功率，以螺杆式压缩机为例，分子部分与分母部分的比值可近似认为是单位功率下对应的制冷量，并对应螺杆式压缩机的性能系数(COP,kW/kW)。

以下结合流体机械的控制模块对以上流体机械转速与自身容量调节机构的协控方法作详细描述。

流体机械的控制模块在计算自身容量调节机构效率和转速效率时依据的是流体机械的特性，流体机械的特性是指流体机械运行过程中的各个运行参数(如检测电流、自身容量调节机构位置、转速、功率、工质流量等等)之间存在的一种规律，根据这一规律，在已知上述各个运行参数中的一个时，可获知其余运行参数。通过对大量流体机械运行过程中的各个运行参数进行多项式拟合，本领域技术人员可以总结出流体机械的特性。流体机械的特性可以以公式、图表或者数据库的形式呈现。对于流体机械的控制模块来说，将流体机械的特性总结成流体机械特性数据库可方便流体机械的控制模块调用。

通常流体机械特性数据库会集成在流体机械的控制模块中，供控制模块调用。当然，流体机械特性数据库也可以存储在外部存储介质，比如计算机中，供控制模块调用。以螺杆式压缩机为例，如图2所示，螺杆式压缩机的流体机械特性数据库包括压缩机电流特性数据库201、压缩机功率特性数据库202、压缩机冷媒流量特性数据库203。在当前输出能力下，压缩机存在一个检测电流，控制模块将该检测电流输入到压缩机电流特性数据库201中后，压缩机电流特性数据库201会输出一个当前输出能力下的自身容量调节机构的当前位置，供控制模块使用。在当前输出能力下，当前转速也可以从变频器的通信接口获得(例如，获得变频器的输出频率后通过计算得到当前转速)，并传递至控制模块。控制模块可以是西门子公司生产的PLC控制器。

控制模块能够在自身容量调节机构的当前位置的基础上计算得出自身容量调节机构位置高于当前位置的第一位置。如图1所示，自身容量调节机构位置的变化范围为0至100％，其中，52％的自身容量调节机构位置高于50％的自身容量调节机构位置。在当前自身容量调节机构位置为50％时，控制模块能够在当前自身容量调节机构位置为50％的基准上加2％的变化幅度，从而获得52％的自身容量调节机构位置，也就是自身容量调节机构位置高于当前位置的第一位置。变化幅度并不是固定的，可随实际情况确定，例如变化幅度的范围可以为1％至5％。当前位置也不限于50％，而是与螺杆式压缩机的当前输出能力相关。

同理，控制模块也能够在自身容量调节机构的当前位置的基础上计算得出自身容量调节机构位置低于当前位置的第二位置。如图1所示，自身容量调节机构位置的变化范围为0至100％，其中，48％的自身容量调节机构位置低于50％的自身容量调节机构位置。在当前自身容量调节机构位置为50％时，控制模块能够在当前自身容量调节机构位置为50％的基准上减2％的变化幅度，从而获得48％的自身容量调节机构位置，也就是自身容量调节机构位置低于当前位置的第二位置。变化幅度并不是固定的，可随实际情况确定，例如变化幅度的范围可以为1％至5％。当前位置也不限于50％，而是与螺杆式压缩机的当前输出能力相关。

在获得第一位置后，控制模块将第一位置分别输入到压缩机功率特性数据库202和压缩机冷媒流量特性数据库203，压缩机功率特性数据库202会输出螺杆式压缩机的第一功率，供控制模块使用，压缩机冷媒流量特性数据库203会输出螺杆式压缩机的第一工质流量，供控制模块使用。

在获得第二位置后，控制模块将第二位置分别输入到压缩机功率特性数据库202和压缩机冷媒流量特性数据库203，压缩机功率特性数据库202会输出螺杆式压缩机的第二功率，供控制模块使用，压缩机冷媒流量特性数据库203会输出螺杆式压缩机的第二工质流量，供控制模块使用。

控制模块在获得第一功率、第一工质流量、第二功率、第二工质流量后，通过下述自身容量调节机构效率的计算公式：

来计算自身容量调节机构效率。

控制模块还能够在当前转速的基础上计算得出转速高于当前转速的第一转速。如图1所示，转速的变化范围为变频器的输出频率为30至60Hz时所对应的范围。例如，变频器的输出频率为30Hz时对应的转速为3000转/分，变频器的输出频率为60Hz时对应的转速为6000转/分，即转速的变化范围为3000转/分至6000转/分。其中，32Hz的输出频率所对应的转速(3200转/分)，高于31Hz的输出频率所对应的转速(3100转/分)。在当前转速为3100转/分时，控制模块能够在当前转速的基准上加100转/分的变化幅度，从而获得3200转/分的转速，也就是转速高于当前转速的第一转速。100转/分的变化幅度可通过调节变频器的输出频率来获得。变化幅度并不是固定的，可随实际情况确定，例如变化幅度的范围可以为1转/分钟至100转/分钟。当前转速也不限于3100转/分，而是与螺杆式压缩机的当前输出能力相关。

同理，控制模块也能够在当前转速的基础上计算得出转速低于当前转速的第二转速。如图1所示，转速的变化范围为变频器的输出频率为30至60Hz时所对应的范围。例如，变频器的输出频率为30Hz时对应的转速为3000转/分，变频器的输出频率为60Hz时对应的转速为6000转/分，即转速的变化范围为3000转/分至6000转/分。其中，30Hz的输出频率所对应的转速(3000转/分)，低于31Hz的输出频率所对应的转速(3100转/分)。在当前转速为3100转/分时，控制模块能够在当前转速的基准上减100转/分的变化幅度，从而获得3000转/分的转速，也就是转速低于当前转速的第二转速。100转/分的变化幅度可通过调节变频器的输出频率来获得。变化幅度并不是固定的，可随实际情况确定，例如变化幅度的范围可以为1转/分钟至100转/分钟。当前转速也不限于3100转/分，而是与螺杆式压缩机的当前输出能力相关。

在获得第一转速后，控制模块将第一转速分别输入到压缩机功率特性数据库202和压缩机冷媒流量特性数据库203，压缩机功率特性数据库202会输出螺杆式压缩机的第三功率，供控制模块使用，压缩机冷媒流量特性数据库203会输出螺杆式压缩机的第三工质流量，供控制模块使用。

在获得第二转速后，控制模块将第二转速分别输入到压缩机功率特性数据库202和压缩机冷媒流量特性数据库203，压缩机功率特性数据库202会输出螺杆式压缩机的第四功率，供控制模块使用，压缩机冷媒流量特性数据库203会输出螺杆式压缩机的第四工质流量，供控制模块使用。

控制模块在获得第三功率、第三工质流量、第四功率、第四工质流量后，通过下述转速效率的计算公式：

来计算转速效率。

在计算得出自身容量调节机构效率和转速效率之后，控制模块对自身容量调节机构效率和转速效率进行比较,以决定加载或减载过程选择两个控制对象(自身容量调节机构位置或者转速)中的哪一个作为控制对象，具体过程如下：

如果自身容量调节机构效率高于转速效率，那么加载时，转速保持当前转速不变，自身容量调节机构调节自身容量调节机构位置以完成加载；减载时，自身容量调节机构保持当前自身容量调节机构位置不变，转速调节转速以完成减载；

如果自身容量调节机构效率低于转速效率，那么加载时，自身容量调节机构保持当前自身容量调节机构位置不变，转速调节转速以完成加载；减载时，转速保持当前转速不变，自身容量调节机构调节自身容量调节机构位置以完成减载。

采用上述调节过程的原因是：当自身容量调节机构效率大于转速效率时，在加载过程中，通过调节自身容量调节机构位置可以获得比通过调节转速更高的性能系数(COP,kW/kW)。在减载过程中，通过调节转速可以获得比通过调节自身容量调节机构位置更高的性能系数(COP,kW/kW)。从而，在加载或者减载过程结束后，流体机械的性能系数(COP,kW/kW)能够得到提高。

当自身容量调节机构效率低于转速效率时，在加载过程中，通过调节转速可以获得比通过调节自身容量调节机构位置更高的性能系数(COP,kW/kW)。在减载过程中，通过调节自身容量调节机构位置可以获得比通过调节转速更高的性能系数(COP,kW/kW)。从而，在加载或者减载过程结束后，流体机械的性能系数(COP,kW/kW)能够得到提高。

以加载至75％的输出能力为例，图1所示的控制方法，其过程是先通过自身容量调节机构(滑阀)调节提升到50％的输出能力，此时自身容量调节机构(滑阀)位置调节至最大，即100％，然后转速(变频器的输出频率)再逐渐提升，将螺杆式压缩机的输出能力从50％提升到75％，此时转速为输出频率为34Hz时所对应的转速，机组的性能系数(COP,kW/kW)为4.18，综合部分负载性能系数(IPLV)为5.512。

在本发明的上述实施例中，如图4所示，图4的横轴代表螺杆式压缩机的输出能力，纵轴代表转速(变频器的输出频率)的大小和自身容量调节机构(滑阀)位置百分比。曲线3为自身容量调节机构(滑阀)的调节曲线，曲线4为转速(变频器的输出频率)的调节曲线。在加载过程开始前，先进行自身容量调节机构效率和转速效率的比较并确定加载过程中的控制对象。通常，对于螺杆式压缩机，在低输出能力阶段，自身容量调节机构效率会大于转速效率，因此加载过程先通过自身容量调节机构调节提升机组的输出能力，在输出能力提升的过程中，会对自身容量调节机构效率和转速效率进行周期性比较，一旦出现自身容量调节机构效率会小于转速效率的情况，就会切换控制对象，通过调节转速来提升机组的输出能力。在本实施例中，自身容量调节机构效率小于转速效率的情况出现在自身容量调节机构位置调节至78％的时候，此时加载过程的控制对象从自身容量调节机构位置切换成转速，在接下来的加载过程中，自身容量调节机构位置保持不变，转速从变频器的输出频率为30Hz时所对应的转速变化至变频器的输出频率为41Hz时所对应的转速，从而将压缩机的输出能力提升到75％，此时，机组的性能系数(COP,kW/kW)为4.30，综合部分负载性能系数(IPLV)为5.561。相较于图1中的控制方法，本发明的上述实施例提供的流体机械的转速与自身容量调节机构的协控方法将机组的性能系数(COP,kW/kW)提高了2.9％，综合部分负载性能系数(IPLV)提高了0.89％。

加载或减载过程可以为周期性调节。周期性调节包括多个连续的进行加载或减载的调节周期，调节周期包括步骤a至步骤h；多个连续的调节周期包括任意相邻的第一调节周期和第二调节周期；将第一调节周期内的步骤h中的完成调节之后的流体机械的输出能力作为第二调节周期内的步骤a中的当前输出能力，以完成周期性调节。周期可以设置为1秒至10秒。

以上描述的内容是：在确定流体机械的输出能力是加载还是减载之后，如何对加载或者减载中控制对象的进行确定，以提高流体机械的工作效率。以下描述如何确定流体机械的输出能力是需要加载还是减载。

本领域中有多种方式能够确定流体机械的输出能力是需要加载还是减载，这些方式与流体机械的种类有关。当流体机械的工作能力无法满足外部需求时，流体机械的输出能力需要加载，当流体机械的工作能力超出外部需求时，流体机械的输出能力需要减载。工作能力是否满足外部需求可通过外部控制信号来衡量，外部控制信号可通过控制模块的外部传感器来获取。例如，对于风机，外部传感器为压力传感器，外部控制信号可以是出风口的压头，当压头过高时进行减载，压头不足时进行加载。对于泵，外部控制信号可以是泵出口的扬程，当扬程过高时进行减载，扬程不足时进行加载。对于螺杆式压缩机，外部传感器为温度传感器，外部控制信号可以是水温控制信号，螺杆式压缩机通常设置于冷水机组中，冷水机组用于产生空调用的冷冻水，水温控制信号可以是冷冻水的出水温度。当冷冻水的温度过低并且已经足够满足空调需求时，螺杆式压缩机可以进行减载，以提高冷冻水的出水温度，当冷冻水的温度过高并且无法足够满足空调需求时，螺杆式压缩机可以进行加载，以降低冷冻水的出水温度。水温控制信号可通过设置在冷冻水出水处的温度传感器来获取。冷冻水的出水温度的变化幅度可人为确定，例如，人工设置一个冷冻水的出水温度的目标值，目标值与当前值之间的差距就是冷冻水的出水温度的变化幅度。冷冻水的出水温度的变化幅度在机组控制系统中会转换成加载信号或者减载信号，并传递给转速或者自身容量调节机构，转速或者自身容量调节机构在收到加载信号或者减载信号后进行动作，以改变螺杆式压缩机的输出能力，从而到达冷冻水的出水温度的目标值。对于螺杆式压缩机或者其他种类的制冷压缩机，外部控制信号还可以是压缩机进出口的温度或者压力。

本发明的一个实施例中，加载和减载控制过程如图3所示，采用水温控制信号作为外部控制信号。控制模块能够在螺杆式压缩机运行时采集水温控制信号，并将这些信号对应转换成水温控制参数，并依据这些参数对螺杆式压缩机需要进行加载还是减载作出判断(步骤301)。同时，控制模块进行步骤a至步骤h的效率计算及比较过程，确定加载时的控制对象和减载时的控制对象(步骤302)。然后结合步骤301和步骤302的结果，进行自身容量调节机构位置和转速的协调控制(步骤303)和极限位置、限制功能的再分配(步骤304)，以分配控制信号，从而调节螺杆式压缩机输出能力。

步骤301至步骤303能满足大多数螺杆式压缩机输出能力的调节过程，但在一些极限调节位置的情况下，需要对调节过程进行分配。例如，自身容量调节机构和转速调节过程中会遇到极限位置，如转速的最高限制值为5000转/分，或者遇到电流过高要求减载滑阀。这时水温控制加减载要求在该控制对象上可能无法完成，那么无法完成的那部分自动分配给另一控制对象。例如依据水温控制和效率计算结果决定增加转速，但转速已达到5000转/分无法再增加，则此加载信号自动转移至自身容量调节机构，进行自身容量调节机构的调节加载。

具体地，在本发明的一个实施例中，自身容量调节机构位置具有第一极限位置和第二极限位置，控制模块能够控制自身容量调节机构位置在第一极限位置和第二极限位置所确定的范围内变化，以调节输出能力；转速具有第一极限转速和第二极限转速，控制模块能够控制转速在第一极限转速和第二极限转速所确定的范围内变化，以调节输出能力；

在加载或者减载过程中，当自身容量调节机构位置的调节幅度超出第一极限位置或者第二极限位置时，控制模块能够先使自身容量调节机构位置变化至第一极限位置或者第二极限位置，再调节转速，以完成加载或者减载；当转速的调节幅度超出第一极限转速或者第二极限转速时，控制模块能够先使转速变化至第一极限转速或者第二极限转速，再调节自身容量调节机构位置，以完成加载或者减载。

本发明的积极进步效果在于：本发明提供的流体机械的转速与自身容量调节机构的协控方法，根据自身容量调节机构效率和转速效率的比较值来切换加载或者减载过程中的控制对象，再进行调节。这一协控方法，能够使得流体机械在加载或者减载到部分负载时，获得更优的转速与自身容量调节机构位置的搭配，从而使流体机械获得更高的工作效率。本发明提供的流体机械，具有在部分负载下工作效率高的优点。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种流体机械转速与自身容量调节机构的协控方法，以所述流体机械的当前的输出能力为基准，对所述流体机械的输出能力进行加载或者减载，其特征在于，所述流体机械转速与自身容量调节机构的协控方法包括以下步骤：

a.获取当前输出能力下流体机械的当前转速和自身容量调节机构的当前位置；

b.以所述当前位置为基准，保持所述当前转速不变，根据所述流体机械的特性获取自身容量调节机构位置高于所述当前位置的第一位置所对应的所述流体机械的第一功率和第一工质流量；

c.以所述当前位置为基准，保持所述当前转速不变，根据所述流体机械的特性获取自身容量调节机构位置低于所述当前位置的第二位置所对应的所述流体机械的第二功率和第二工质流量；

d.根据所述第一功率、所述第一工质流量、所述第二功率、所述第二工质流量来计算自身容量调节机构效率，所述自身容量调节机构效率的计算公式为：

e.以所述当前转速为基准，保持所述自身容量调节机构的所述当前位置不变，根据所述流体机械的特性获取转速高于所述当前转速的第一转速所对应的所述流体机械的第三功率和第三工质流量；

f.以所述当前转速为基准，保持所述自身容量调节机构的所述当前位置不变，根据所述流体机械的特性获取转速低于所述当前转速的第二转速所对应的所述流体机械的第四功率和第四工质流量；

g.根据所述第三功率、所述第三工质流量、所述第四功率、所述第四工质流量来计算转速效率，所述转速效率的计算公式为：

h.比较所述自身容量调节机构效率和所述转速效率；

如果所述自身容量调节机构效率高于所述转速效率，那么加载时，保持所述当前转速不变，并且调节所述自身容量调节机构位置以完成所述加载；减载时，保持当前所述自身容量调节机构位置不变，并且调节所述转速以完成所述减载；

如果所述自身容量调节机构效率低于所述转速效率，那么加载时，保持当前所述自身容量调节机构位置不变，并且调节所述转速以完成所述加载；减载时，保持所述当前转速不变，并且调节所述自身容量调节机构位置以完成所述减载。

2.如权利要求1所述的流体机械转速与自身容量调节机构的协控方法，其特征在于，所述流体机械的转速与自身容量调节机构的协控方法还包括：将外部控制信号作为输入，以决定所述流体机械在当前的输出能力下进行加载或是减载，并且确定在所述加载或者减载中所述自身容量调节机构位置的调节幅度或者所述转速的调节幅度。

3.如权利要求2所述的流体机械转速与自身容量调节机构的协控方法，其特征在于，所述自身容量调节机构位置具有第一极限位置和第二极限位置，所述自身容量调节机构位置能够在所述第一极限位置和所述第二极限位置所确定的范围内变化，以调节所述输出能力；所述转速具有第一极限转速和第二极限转速，所述转速能够在所述第一极限转速和所述第二极限转速所确定的范围内变化，以调节所述输出能力；

在所述加载或者减载过程中，当所述自身容量调节机构位置的调节幅度超出所述第一极限位置或者所述第二极限位置时，先使所述自身容量调节机构位置变化至所述第一极限位置或者所述第二极限位置，再调节所述转速，以完成所述加载或者减载；当所述转速的调节幅度超出所述第一极限转速或者所述第二极限转速时，先使所述转速变化至所述第一极限转速或者所述第二极限转速，再调节所述自身容量调节机构位置，以完成所述加载或者减载。

4.如权利要求1所述的流体机械转速与自身容量调节机构的协控方法，其特征在于，从所述当前位置分别变化至所述第一位置和所述第二位置的变化幅度的范围为1％至5％；从所述当前转速分别变化至所述第一转速和所述第二转速的变化幅度的范围为1转/分钟至100转/分钟。

5.如权利要求1所述的流体机械转速与自身容量调节机构的协控方法，其特征在于，所述流体机械的输出能力调节为周期性调节，所述周期性调节包括多个连续的进行加载或减载的调节周期，所述调节周期包括步骤a至步骤h；多个连续的所述调节周期包括任意相邻的第一调节周期和第二调节周期；将所述第一调节周期内的步骤h中的完成所述调节之后的所述流体机械的输出能力作为所述第二调节周期内的步骤a中的所述当前输出能力，以完成所述周期性调节。

6.一种流体机械，用于将电能转化成工质的机械能或者内能，包括用于对所述流体机械的输出能力进行加载或者减载的自身容量调节机构和转速调节机构，其特征在于，所述流体机械还包括控制模块，所述控制模块被配置成用于

a.获取当前输出能力下流体机械的当前转速和和自身容量调节机构的当前位置；

b.以所述当前位置为基准，保持所述当前转速不变，根据所述流体机械的特性获取自身容量调节机构位置高于所述当前位置的第一位置所对应的所述流体机械的第一功率和第一工质流量；

c.以所述当前位置为基准，保持所述当前转速不变，根据所述流体机械的特性获取自身容量调节机构位置低于所述当前位置的第二位置所对应的所述流体机械的第二功率和第二工质流量；

d.根据所述第一功率、所述第一工质流量、所述第二功率、所述第二工质流量来计算自身容量调节机构效率，所述自身容量调节机构效率的计算公式为：

e.以所述当前转速为基准，保持所述自身容量调节机构的所述当前位置不变，根据所述流体机械的特性获得转速高于所述当前转速的第一转速所对应的所述流体机械的第三功率和第三工质流量；

f.以所述当前转速为基准，保持所述自身容量调节机构的所述当前位置不变，根据所述流体机械的特性获得转速低于所述当前转速的第二转速所对应的所述流体机械的第四功率和第四工质流量；

g.根据所述第三功率、所述第三工质流量、所述第四功率、所述第四工质流量来计算转速效率，所述转速效率的计算公式为：

h.比较所述自身容量调节机构效率和所述转速效率；

如果所述自身容量调节机构效率高于所述转速效率，那么加载时，保持所述当前转速不变，所述自身容量调节机构调节所述自身容量调节机构位置以完成所述加载；减载时，所述自身容量调节机构保持当前所述自身容量调节机构位置不变，调节所述转速以完成所述减载；

如果所述自身容量调节机构效率低于所述转速效率，那么加载时，所述自身容量调节机构保持当前所述自身容量调节机构位置不变，调节所述转速以完成所述加载；减载时，保持所述当前转速不变，所述自身容量调节机构调节所述自身容量调节机构位置以完成所述减载。

7.如权利要求6所述流体机械，其特征在于，所述控制模块还包括外部传感器，所述外部传感器用于获取外部控制信号，所述控制模块能够将所述外部控制信号作为输入，以决定所述流体机械在当前的输出能力下进行加载或是减载，并且确定在所述加载或者减载中所述自身容量调节机构位置的调节幅度或者所述转速的调节幅度。

8.如权利要求7所述流体机械，其特征在于，所述自身容量调节机构位置具有第一极限位置和第二极限位置，所述控制模块能够控制所述自身容量调节机构位置在所述第一极限位置和所述第二极限位置所确定的范围内变化，以调节所述输出能力；所述转速具有第一极限转速和第二极限转速，所述控制模块能够控制所述转速在所述第一极限转速和所述第二极限转速所确定的范围内变化，以调节所述输出能力；

在所述加载或者减载过程中，当所述自身容量调节机构位置的调节幅度超出所述第一极限位置或者所述第二极限位置时，所述控制模块能够先使所述自身容量调节机构位置变化至所述第一极限位置或者所述第二极限位置，再调节所述转速，以完成所述加载或者减载；当所述转速的调节幅度超出所述第一极限转速或者所述第二极限转速时，所述控制模块能够先使所述转速变化至所述第一极限转速或者所述第二极限转速，再调节所述自身容量调节机构位置，以完成所述加载或者减载。

9.如权利要求8所述流体机械，其特征在于，所述流体机械为螺杆式压缩机，所述自身容量调节机构为所述螺杆式压缩机的滑阀，所述转速调节机构为所述螺杆式压缩机的变频器；所述外部控制信号为水温控制信号。

10.如权利要求9所述流体机械，其特征在于，所述流体机械还包括泵和风机。