CN107101411A - 一种离心式冷水机组及断电快速启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离心式冷水机组及断电快速启动方法，其特征在于压缩机快速卸载装置包括四通阀、快速卸载阀，具体为：在四通阀外设置一个快速卸载阀连通四通阀的高压油出口与活塞腔高压油腔，该一个快速卸载阀所在流道与四通阀内部进流流道同时构成高压进油通道；在四通阀外设置另一个快速卸载阀连通活塞腔低压油腔与油槽，活塞腔内的低压腔通过该另一个快速卸载阀及四通阀内部回流流道同时连通油槽；在压缩机的入口设置有可调导叶，可调导叶由四通阀控制开闭。可以在主电源异常断开并短时间恢复的情况下实现快速启动。

Description

一种离心式冷水机组及断电快速启动方法

技术领域

本发明涉及空调设备机组及启动方法，具体涉及一种离心式冷水机组及断电后的快速启动方法。

背景技术

随着国民经济发展，目前在一些工艺流程和数据中心使用的冷水机组一般都要求其具备电源异常断开并短时间内恢复后快速启动提供制冷的功能。由于电源的异常断开，会对机组的一些机械零件及控制系统的运行产生影响，如果按照常规的机组设计，无法达到上述客户所提出的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是要提供一种可以在主电源异常断开并短时间恢复的情况下实现快速启动的离心式冷水机组及其启动方法。该机组在原有离心式冷水机组的基础上通过一些专用设计以实现上述功能，具有成本低、停机时间短、安全可靠等优点。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种能够实现断电快速启动的离心式冷水机组，包括离心式压缩机、蒸发器、冷凝器、快速启动柜、UPS不间断电源、控制器；其中，压缩机和蒸发器通过吸气管相连；压缩机的排气排往冷凝器，冷凝器与蒸发器相连，制冷剂在上述的压缩机、冷凝器、和蒸发器之间形成循环；其特征在于还设置压缩机快速卸载装置，压缩机快速卸载装置包括四通阀、快速卸载阀，具体为：在四通阀外设置一个快速卸载阀连通四通阀的高压油出口与活塞腔高压油腔，该一个快速卸载阀所在流道与四通阀内部进流流道同时构成高压进油通道；在四通阀外设置另一个快速卸载阀连通活塞腔低压油腔与油槽，活塞腔内的低压腔通过该另一个快速卸载阀及四通阀内部回流流道同时连通油槽；在压缩机的入口设置有可调导叶，可调导叶由四通阀控制开闭。

进一步地，上述快速卸载阀为电磁阀，其内部通径为机组正常运行时油路通径的3~4倍。

进一步地，上述的快速启动柜包括启动装置、来电检测继电器及延时继电器；所述的快速启动柜内的启动装置为星三角、变频、固态等离心压缩机的启动器中的一种。

进一步地，上述的UPS不间断电源包括一台UPS电源、变压器及相应的接线端子；所述UPS不间断电源的供电来自快速启动柜的进线端； UPS不间断电源内含变压器，将UPS输出的供电转化为控制器所能使用的电源。

上述技术方案中，用户的供电电缆接入快速启动柜，快速启动柜的动力部分接入压缩机，并在快速启动柜内引出两根220VAC的供电通往UPS柜，经过UPS柜的处理后通入机组控制柜，机组控制柜发出的控制信号控制快速启动柜、四通阀及油泵元件的运行，油泵的供油则通过管道为压缩机和四通阀供油。

进一步地，上述的控制器包括一个PLC可编程控制器。

一种离心式冷水机组实现断电快速启动的方法，其特征在于：

在机组主电源异常断开时，延时继电器得到信号并传递至控制器，控制器控制机组进入快速启动模式并启动UPS不间断电源，机组油泵保持运转，压缩机快速卸载装置开启，压缩机快速卸载装置通过开启旁路油压快速推动活塞缸的能量调节活塞迅速动作以实现压缩机快速卸载，使压缩机的进口可调导叶在短时间内关至零位；同时控制器持续监测快速启动柜内的来电检测继电器状态；

如果短时间内供电恢复，当现场电源恢复时，来电检测继电器动作，将信号传递给控制器，控制器通过设置在快速启动柜内的继电器得到信号，在5~10秒内完成对压缩机可调导叶、机组水流状态、快速启动柜状态状态的确认，确认符合启动状态后向启动柜发送启动指令，保证机组在安全的状态下迅速启动；如果机组各子系统在要求的时间内未能达到准备启动的状态，控制器会终止快速启动模式，并发出相应的指令，控制器终止快速启动后会进入常规模式，控制器按照正常模式下的控制逻辑启动机组。

进一步地，上述快速卸载阀在机组正常运行时关闭，在机组进入快速启动模式时开启，直至压缩机导叶关至零位时关闭。

进一步地，上述延时继电器用于检测机组的主电源状态，主电源掉开时，延时继电器脱开，将主电源断开信号传递给控制器；延时继电器的状态为掉电立刻断开，来电延时闭合。

进一步地，上述延时继电器同时串接在启动的启动回路，作为启动回路的硬件保护，用以防止瞬时掉电发生时PLC无法扫描到掉电发生，而不能激活快启功能。

相对于现有技术，本发明的优点在于：

控制器采用UPS供电，实现不间断的控制输出，保证压缩机快速启动过程可控。

通过快速卸载设计使压缩机的可调吸气导叶在最短时间内关闭，保证压缩机的空载启动。

采用时间继电器作为掉电检测元件，通过时间继电器的延时确保掉电信号能发送至控制器，有效防止用户现场出现闪断时机组错误动作。

将时间继电器串入启动柜启动回路，能够保证40ms以上瞬时断电或供电回路切换等情况下正常激活快启功能。

采用时间继电器和进线继电器同时作为来电状态的判断，防止因器件误动作导致机组错误动作。

快速启动过程全程油泵保持运行，确保过程中润滑油供应正常。

快速启动过程全程监测各启动条件，确保启动过程安全可靠。

本发明通过专设的快速启动程序，可以使机组在30-45秒内实现再启动，保障用户现场的制冷量供应。

由此，本发明在设计上尽量减少对原有机组结构和电气元件的改动，通过控制程序的专门设计，以较低的成本实现了在主电源异常断开并短时间恢复的情况下快速启动的功能，保证机组安全启动并迅速提供客户所需供冷。

附图说明

图1为本发明的实现断电快速启动的离心式冷水机组结构示意图（以380V机组为例）。

图2为常规卸载原理图；

图3为本发明的压缩机快速卸载装置原理结构图；

图4为基于本发明的启动方法流程图。

具体实施方式

为了进一步说明本发明的技术方案，下面结合附图1-4对本发明进行详细的说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图1所示，为本发明一种可以实现断电快速启动的离心式冷水机组结构示意图，包括蒸发器11、冷凝器14、离心式压缩机10、压缩机快速卸载装置、快速启动柜16、UPS柜17（内设UPS不间断电源）、机组控制柜18（内设控制器和时间继电器）以及一些其他必要的辅助设施。该机组的压缩机10和蒸发器11通过吸气管12相连，在压缩机的入口设置有可调导叶13，可调导叶13由四通阀2控制开闭。压缩机10的排气排往冷凝器14，冷凝器14通过膨胀阀15与蒸发器11相连，制冷剂在上述的压缩机10、冷凝器14、膨胀阀15和蒸发器11之间形成循环。用户的供电电缆接入快速启动柜16，快速启动柜的动力部分接入压缩机10，并在快速启动柜16内引出两根220VAC的供电通往UPS柜17，经过UPS柜17的处理后通入机组控制柜18，机组控制柜18发出的控制信号控制快速启动柜16、四通阀2及油泵19等元件的运行。油泵19的供油则通过管道为压缩机10和四通阀2供油。

进一步地，上述的离心式压缩机、蒸发器、冷凝器与普通离心式冷水机组一致。

进一步地，上述控制器为PLC可编程控制器，控制器内置有快速启动专用程序。

进一步地，所述的快速启动柜16内的启动装置可以是星三角、变频、固态等离心压缩机的启动器。上述启动柜内设有延时继电器，延时继电器的状态为掉电立刻断开，来电延时闭合。

进一步地，上述延时继电器用于检测机组的主电源状态，主电源掉开时，延时继电器脱开，将主电源断开信号传递给控制器。

进一步地，上述延时继电器同时串接在启动的启动回路，作为启动回路的硬件保护，用以防止瞬时掉电发生时PLC无法扫描到掉电发生，而不能激活快启功能。

进一步地，上述延时继电器的延时设置为3~5秒。

进一步地，上述启动柜内设有来电检测继电器，当机组主供电恢复后，来电检测继电器动作，将信号传递给控制器。

进一步地，UPS柜17中UPS不间断电源的供电来自快速启动柜16的进线端。

进一步地，上述UPS不间断电源在机组主电源断开时自动为机组油泵19及控制系统提供供电。其容量能保证油泵及控制系统持续运行3min以上。

进一步地，上述UPS不间断电源内含变压器，将UPS输出的供电转化为控制器所能使用的电源。

上述方案中，参照图2和图3对图1中压缩机快速卸载装置的工作原理说明如下：

常规压缩机的卸载如图2所示，在四通阀1的控制下，高压的润滑油2通过四通阀内部通道3流向活塞腔4的左侧，推动活塞阀5向右移动，活塞腔4内的低压润滑油6通过四通阀内部流道7排往油槽。向右移动的活塞阀5通过压缩机内部设置的连杆机构带动压缩机进口可调导叶动作，从而关闭进口可调导叶，确保压缩机再次启动时处于最小的负荷下。

但是，在本发明中，如图3所示采用压缩机快速卸载装置，所述的压缩机快速卸载装置为通过开启旁路油压快速推动能量调节活塞迅速动作以实现压缩机快速卸载。也即在图2基础上增设快速卸载阀8和快速卸载阀9。一般上述快速卸载阀为电磁阀，其内部通径为机组正常运行时油路通径的3~4倍。在控制程序作用下，上述快速卸载阀在机组正常运行时关闭，在机组进入快速启动状态时开启，至压缩机可调导叶（可调吸气导叶）关至零位关闭。

在快速卸载模式下，快速卸载阀8和快速卸载阀9开启，高压的润滑油通过快速卸载阀8以及四通阀的内部流道3两路同时流向活塞腔4左侧，推动活塞阀5向右移动，活塞腔4内的低压润滑油6通过快速卸载阀9及四通阀内部流道7两路同时排往油槽。向右移动的活塞阀5带动压缩机进口可调导叶13关闭。本实施例优选快速卸载阀8和快速卸载阀9为常规结构的膜片式电磁阀，其通径比四通阀内部流道3及内部流道7的通径大2~3倍以上，因此快速卸载状态下的可调导叶13关闭速度是图1常规卸载状态的2~3倍。

上述方案中，在机组主电源异常断开时，在UPS不间断电源的支持下机组不会掉电，控制器发出指令保持机组油泵持续运转，并断开快速启动柜内的合闸信号，同时，控制器还要求压缩机快速卸载装置投入使用，压缩机快速卸载装置通过开启旁路油压快速推动活塞缸的能量调节活塞迅速动作以实现压缩机快速卸载，使压缩机的进口可调导叶在短时间内关至零位；此时，如果短时间内供电恢复，控制器通过设置在快速启动柜内的继电器得到信号，迅速发出开机指令，保证机组在安全的状态下迅速启动，实现机组快速启动；如果机组各子系统在要求的时间内未能达到准备启动的状态，控制器会终止快速启动模式，并发出相应的指令，控制器终止快速启动后会进入常规模式，控制器按照正常模式下的控制逻辑启动机组。

结合图4，对本发明快速启动的方法说明如下：

当现场电源发生突然断电时空调机组进入断电模式正常运行，此时设置在机组控制柜18内的时间继电器得到信号断开，并将信号传递至控制器，控制器进入快速启动模式（图4中RS状态）并启动计时器T1，在进入快速启动模式的同时，控制器发送指令，使机组油泵19保持运行并开启快速卸载阀8和快速卸载阀9，压缩机的进口可调导叶13快速关闭；控制器同时还将机组所有报警信号复位，关闭油冷系统以防止润滑油过冷，同时控制器对所有涉及压缩机安全启动的参数进行持续监控（水流、水温、油温、油压等）；

如果现场的电源在突然断电之后20秒之内（计时器T1小于等于20秒）恢复，控制器在电源恢复的5秒钟内完成对进线继电器和时间继电器的状态判断，如果两者状态均符合（时间继电器为闭合状态，进线继电器为断开状态）来电判断，控制器进入启动判断步骤：1）在确定所有启动条件均满足的情况下，控制器在计时器T1等于30秒时发出指令，使机组启动，若在此过程中有任意启动条件不能满足，控制器发出相应的报警信息并退出报警，空调机组继续在断电模式下运行；2）如果在电源恢复的5秒钟内，控制器检测的进线继电器和时间继电器判断不一致，则说明存在错误信号，控制器发出报警信号并退出快速启动模式；3）如果现场电源的恢复时间在20秒~35秒之间（20秒≤T1≤35秒），控制器按上述启动判断步骤1）和2）的方式进行启动判断，但发出启动指令的时间由计时器T1等于固定30秒更改为来电之后延时10秒，即在此条件下，机组最迟将在T1=45秒时启动；4）如果现场电源的恢复时间在35秒之后，也即T1＞35秒时仍未满足来电判断条件，则控制器退出快速启动模式。

也即，上述的控制方法对于机组电源的恢复时间要求在0~35秒内。

进一步地，上述的控制方法可以控制机组在电源恢复后的10秒内完成启动。

进一步地，上述的控制方法要求机组水系统保持运行。

相对于现有技术，本发明的优点在于：

控制器采用UPS供电，在机组主电源断开时自动为机组油泵及控制系统提供供电，实现不间断的控制输出，保证压缩机快速启动过程可控。

通过快速卸载设计使压缩机的可调吸气导叶在最短时间内关闭，保证压缩机的空载启动。

采用时间继电器作为掉电检测元件，通过时间继电器的延时确保掉电信号能发送至控制器，有效防止用户现场出现闪断时机组错误动作。

将时间继电器串入启动柜启动回路，能够保证40ms以上瞬时断电或供电回路切换等情况下正常激活快启功能。

采用时间继电器和进线继电器同时作为来电状态的判断，防止因器件误动作导致机组错误动作。

快速启动过程全程油泵保持运行，确保过程中润滑油供应正常。

快速启动过程全程监测各启动条件，确保启动过程安全可靠。

本发明通过专设的快速启动程序，可以使机组在30-45秒内实现再启动，保障用户现场的制冷量供应。

本发明在设计上尽量减少对原有机组结构和电气元件的改动，通过控制程序的专门设计，以较低的成本实现了快速启动的功能。

Claims (10)

1.一种能够实现断电快速启动的离心式冷水机组，包括离心式压缩机、蒸发器、冷凝器、快速启动柜、UPS不间断电源、控制器；其中，压缩机和蒸发器通过吸气管相连；压缩机的排气排往冷凝器，冷凝器与蒸发器相连，制冷剂在上述的压缩机、冷凝器、和蒸发器之间形成循环；其特征在于：还设置压缩机快速卸载装置，压缩机快速卸载装置包括四通阀、快速卸载阀，具体为：在四通阀外设置一个快速卸载阀连通四通阀的高压油出口与活塞腔高压油腔，该一个快速卸载阀所在流道与四通阀内部进流流道同时构成高压进油通道；在四通阀外设置另一个快速卸载阀连通活塞腔低压油腔与油槽，活塞腔内的低压腔通过该另一个快速卸载阀及四通阀内部回流流道同时连通油槽；在压缩机的入口设置有可调导叶，可调导叶由四通阀控制开闭。

2.一种根据权利要求1所述的能够实现断电快速启动的离心式冷水机组，其特征在于：上述快速卸载阀为电磁阀，其内部通径为机组正常运行时油路通径的3~4倍。

3.一种根据权利要求1所述的能够实现断电快速启动的离心式冷水机组，其特征在于：上述的快速启动柜包括启动装置、来电检测继电器及延时继电器；所述的快速启动柜内的启动装置为星三角、变频、固态等离心压缩机的启动器中的一种。

4.一种根据权利要求1所述的能够实现断电快速启动的离心式冷水机组，其特征在于：上述的UPS不间断电源包括一台UPS电源、变压器及相应的接线端子；所述UPS不间断电源的供电来自快速启动柜的进线端； UPS不间断电源内含变压器，将UPS输出的供电转化为控制器所能使用的电源。

5.一种根据权利要求1所述的能够实现断电快速启动的离心式冷水机组，其特征在于：用户的供电电缆接入快速启动柜，快速启动柜的动力部分接入压缩机，并在快速启动柜内引出两根220VAC的供电通往UPS柜，经过UPS柜的处理后通入机组控制柜，机组控制柜发出的控制信号控制快速启动柜、四通阀及油泵元件的运行，油泵的供油则通过管道为压缩机和四通阀供油。

6.一种根据权利要求1所述的能够实现断电快速启动的离心式冷水机组，其特征在于：上述的控制器包括一个PLC可编程控制器。

7.一种离心式冷水机组实现断电快速启动的方法，其特征在于：

在机组主电源异常断开时，延时继电器得到信号并传递至控制器，控制器控制机组进入快速启动模式并启动UPS不间断电源，机组油泵保持运转，压缩机快速卸载装置开启，压缩机快速卸载装置通过开启旁路油压快速推动活塞缸的能量调节活塞迅速动作以实现压缩机快速卸载，使压缩机的进口可调导叶在短时间内关至零位；同时控制器持续监测快速启动柜内的来电检测继电器状态；

如果短时间内供电恢复，当现场电源恢复时，来电检测继电器动作，将信号传递给控制器，控制器通过设置在快速启动柜内的继电器得到信号，在5~10秒内完成对压缩机可调导叶、机组水流状态、快速启动柜状态状态的确认，确认符合启动状态后向启动柜发送启动指令，保证机组在安全的状态下迅速启动；如果机组各子系统在要求的时间内未能达到准备启动的状态，控制器会终止快速启动模式，并发出相应的指令，控制器终止快速启动后会进入常规模式，控制器按照正常模式下的控制逻辑启动机组。

8.一种根据权利要求7所述的离心式冷水机组实现断电快速启动的方法，其特征在于：

上述快速卸载阀在机组正常运行时关闭，在机组进入快速启动模式时开启，直至压缩机导叶关至零位时关闭。

9.一种根据权利要求7所述的离心式冷水机组实现断电快速启动的方法，其特征在于：

上述延时继电器用于检测机组的主电源状态，主电源掉开时，延时继电器脱开，将主电源断开信号传递给控制器；延时继电器的状态为掉电立刻断开，来电延时闭合。

10.一种根据权利要求7所述的离心式冷水机组实现断电快速启动的方法，其特征在于：

上述延时继电器同时串接在启动的启动回路，作为启动回路的硬件保护，用以防止瞬时掉电发生时PLC无法扫描到掉电发生，而不能激活快启功能。