CN109099607A - 离心式冷水机组及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种离心式冷水机组及其控制方法。该离心式冷水机组包括压缩机、排热换热器、经济器和吸热换热器，压缩机具有第三排气口、补气口和回气口，排热换热器包括第一排气口和第一排液口，经济器包括第一进液口、第二排气口和第二排液口，压缩机的第三排气口连接至排热换热器的进口，第一排气口连接至吸热换热器，第一排液口连接至经济器的第一进液口，第二排气口连接至吸热换热器，第二排气口连接至补气口。根据本发明的离心式冷水机组，可以解决现有技术中压缩机直接旁通热气所带来的压缩机进口处气体温度过高的问题。

Description

离心式冷水机组及其控制方法
技术领域
本发明涉及空调技术领域，特别是涉及一种离心式冷水机组及其控制方法。
背景技术
离心式压缩机的喘振是其固有特性，在采用离心式压缩机的离心式冷水机组中，为避免离心式压缩机运行于喘振区域通常设置热气旁通系统，在已有离心式冷水机组的热气旁通系统中，制冷循环中的节流与热气旁通是独立的；启用热气旁通后会导致机组的运行状况发生突然的变化，影响机组的稳定运行状态。
现有的热气旁通系统中，通常采用直接旁通热气的方式，例如从压缩机的排气管联通压缩机的进气管，或从冷水机组冷凝器的顶部引出气体排入蒸发器中，过热蒸汽通常会影响压缩机吸入口的流体状态；且气体的高速流动也会产生噪音。
发明内容
本发明的目的是提供一种离心式冷水机组及其控制方法，以解决现有技术中压缩机直接旁通热气所带来的压缩机进口处气体温度过高的问题。
为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供了一种离心式冷水机组，包括压缩机、排热换热器、经济器和吸热换热器，压缩机具有第三排气口、补气口和回气口，排热换热器包括第一排气口和第一排液口，经济器包括第一进液口、第二排气口和第二排液口，压缩机的第三排气口连接至排热换热器的进口，第一排气口连接至吸热换热器，第一排液口连接至经济器的第一进液口，第二排气口连接至吸热换热器，第二排气口连接至补气口。
本发明的离心式冷水机组，从排热换热器流出的冷媒被分成两股，一股连接吸热换热器，另一股连接至经济器，流动至经济器的冷媒一部分可以经由经济器流回至压缩机的回气口，对压缩机进行补气增焓，提高压缩机的工作能效，另一部分可以流动至吸热换热器，实现冷媒的吸热蒸发，提高吸热换热器的蒸发性能，由于补气增焓的冷媒首先经过排热换热器放热降温，因此经经济器后进入到压缩机回气口的冷媒温度降低，可以有效避免压缩机直接旁通热气所带来的压缩机回气口气体温度过高的问题，提高压缩机的工作性能。
附图说明
图1示意性示出了本发明实施例的离心式冷水机组的结构原理图；
图2示意性示出了本发明实施例的离心式冷水机组的排热换热器的剖视结构示意图；
图3示意性示出了本发明实施例的离心式冷水机组的排热换热器的俯视剖视结构示意图；
图4示意性示出了本发明实施例的离心式冷水机组的控制方法流程图。
图中附图标记：1、排热换热器；2、经济器；3、吸热换热器；4、压缩机；11、进口；12、液位检测器；13、隔板；14、第一排气口；15、第一排液口；16、壳体；17、第一折流板；18、第二折流板；21、第二排气口；22、第一进液口；23、第二排液口；31、出口；32、进口；41、回气口；42、进口导叶；43、第一级叶轮；44、第二级叶轮；45、电机；46、补气口；47、第三排气口；51、第一流量调节阀；52、第二流量调节阀；53、第三流量调节阀；54、节流装置；61、吸气压力传感器；62、排气压力传感器。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
请参考图1至图3所示，根据本发明的实施例，离心式冷水机组，包括压缩机4、排热换热器1、经济器2和吸热换热器3，压缩机4具有第三排气口47、补气口46和回气口41，排热换热器1包括第一排气口14和第一排液口15，经济器2包括第一进液口22、第二排气口21和第二排液口23，压缩机4的第三排气口47连接至排热换热器1的进口11，第一排气口14连接至吸热换热器3，第一排液口15连接至经济器2的第一进液口22，第二排气口21连接至吸热换热器3，第二排气口21连接至补气口46。
本发明的离心式冷水机组，从排热换热器流出的冷媒被分成两股，一股连接吸热换热器3，另一股连接至经济器2，流动至经济器2的冷媒一部分可以经由经济器2流回至压缩机4的回气口41，对压缩机4进行补气增焓，提高压缩机4的工作能效，另一部分可以流动至吸热换热器3，实现冷媒的吸热蒸发，提高吸热换热器3的蒸发性能，由于补气增焓的冷媒首先经过排热换热器1放热降温，因此经经济器2后进入到压缩机4的回气口41的冷媒温度降低，可以有效避免压缩机直接旁通热气所带来的压缩机回气口气体温度过高的问题，提高压缩机的工作性能。
在本实施例中，排热换热器1例如为管壳式冷凝器，用于将从排热换热器1的进口11进入的过热制冷剂蒸汽冷却并冷凝为制冷剂液体，并将热量排出到外部，特定而言，排热换热器1内与制冷剂进行换热的流体是冷却水。
优选地，排热换热器1包括壳体16、设置在壳体16底部的隔板13以及位于隔板13和壳体16所围成的腔体内的第一折流板17和第二折流板18，第一折流板17和第二折流板18交替排布，使隔板13和壳体16所围成的腔体形成S形流通通道。隔板13能够与第一折流板17和第二折流板18相配合，使得进入到隔板13下方区域的制冷剂经S形流通通道流动，在折流板的折流作用下，不仅可以增加制冷剂的流程，而且能够在流动过程中使制冷剂发生紊流乱流等，使得制冷剂能够更加彻底地进行放热冷凝和过冷，提高排热换热器1的换热效率和换热效果。
优选地，隔板13与壳体16的一侧侧壁之间形成连通通道，第一排气口14设置在壳体16靠近连通通道的一端，第一排液口15设置在壳体16远离连通通道的一端。将第一排液口15设置在壳体16远离连通通道的一端，能够使液态制冷剂更加充分地流经折流板所形成的S形流通通道流动，提高制冷剂的换热效率。
优选地，第一排液口15与第一进液口22之间的管路上设置有第一流量调节阀51；和/或，第一排气口14和吸热换热器3之间的管路上设置有第二流量调节阀52；和/或，第二排液口23和吸热换热器3之间的管路上设置有节流装置54；和/或，第二排气口21与补气口46之间的管路上设置有第三流量调节阀53。优选地，排热换热器1上设置有液位检测器12。
第一流量调节阀51可以对从排热换热器1的第一排液口15处的通流量进行控制，从而改变排热换热器1内部下面的制冷剂液体液位高度。经过第一流量调节阀51的制冷剂液体到达经济器2的第一进液口22，然后在经济器2内形成气态制冷剂或者气液两相制冷剂，然后根据需要对经济器2内的制冷剂进行调配。排热换热器1的第一排气口14是气体的旁通出口，第一排气口14下游的第二流量调节阀52开启的状态下，排热换热器1内的气体或气液两相流体将从第一排气口14排出，第二流量调节阀52可以对旁通的流体流量进行控制，经过第二流量调节阀52的流体到达吸热换热器3的进口32。
经济器2为闪发式经济器，具有第一进液口22、第二排液口23以及第二排气口21。来自第一进液口22上游的制冷剂液体，在经济器2内部完成气液分离，通过一部分液体的蒸发对另一部分液体进行冷却，实现两部分制冷剂的换热。经济器2内分离的气体从第二排气口21排出，经过第三流量调节阀53后进入双级离心式压缩机4的补气口46，第三流量调节阀53可以对进入补气口46的气体流量进行调节。可选的，第三流量调节阀53可以全开、全闭，从而实现气体流动的通断，当第三流量调节阀53全开或全闭时，第三流量调节阀53不具备流量调节作用。经济器2内余下的液体从第二排液口23排出，经过节流装置54降温、降压后，进入吸热换热器3的进口32。可选的，节流装置54是节流孔板。
吸热换热器3，特定而言，是蒸发器，可选地，是满液式蒸发器或降膜式蒸发器。进入吸热换热器3进口的流体是来自于经济器2的液体，或是包含来自于排热换热器1的气体或气液两相流体，这与第二流量调节阀52的开度调节有关。吸热换热器3吸收外部的热量后，内部的部分液体蒸发为气体，从吸热换热器3的出口31排出，然后进入两级离心式压缩机的回气口41。
优选地，离心式冷水机组还包括吸气压力传感器61，吸气压力传感器61设置在压缩机4的回气口41与吸热换热器3的出口31之间的管路上或设置在吸热换热器3上；和/或，离心式冷水机组还包括排气压力传感器62，排气压力传感器62设置在压缩机4的第三排气口47与排热换热器1的进口11之间的管路上或设置在排热换热器1上。设置于排热换热器1上的排气压力传感器62的压力检测值，特定而言，是冷凝压力；设置于吸热换热器3上的吸气压力传感器61的压力检测值，特定而言，是蒸发压力。通过吸气压力传感器61可以方便地获取到排热换热器1上的排气压力；通过排气压力传感器62可以方便地获取到吸热换热器3上的吸气压力。
优选地，压缩机4为两级离心式压缩机，压缩机4的回气口41设置有调节回气口41的流量的进口导叶42，可以通过改变进口导叶42的开度的方式改变两级离心式压缩机的吸入气体流量。
优选地，压缩机4包括沿着回气方向依次设置的第一级叶轮43、第二级叶轮44以及与第一级叶轮43和第二级叶轮44驱动连接的电机45，补气口46对应第一级叶轮43，第三排气口47对应第二级叶轮44。电机45直接或通过齿轮传动驱动第一级叶轮43、第二级叶轮44转动，从而对吸入的气体加功实现气体的压缩；可选的，电机的转速可以进行调节，改变两级离心式压缩机的运行状态；在特定的吸气压力和排气压力条件下，进口导叶42开度过小时会减少两级离心式压缩机的吸入流量，流量降至某一临界值，如40％，会使两级离心式压缩机发生喘振，为避免喘振的发生，在特定的吸气压力和排气压力条件下，进口导叶42具有临界开度值。两级离心式压缩机的补气口46进入的气体流量取决于第三流量调节阀53状态。
在两级离心式压缩机运转，第二流量调节阀52处于关闭状态的情况下，通过第一流量调节阀51的开度控制，可以维持排热换热器1内部一定的制冷剂液体液位，优选的，制冷剂液位高过隔板13的位置。从第一排液口15流出的液体需经过第一折流板17和第二折流板18形成的折流形流动区域，在外部冷却的作用下，可以获得进一步的过冷。第二流量调节阀52处于开启状态的情况下，排热换热器1内部的流体优先从第一排气口14流出，且流体经过第二流量调节阀52后直接进入吸热换热器3，从第一排气口14流出的流体为气体或气液两相流的状态，形成了经济器2的旁路，且流体流动不经过节流装置54，实现了循环系统的热气旁通，可以维持两级离心式压缩机不发生喘振所需的流量；通过调节第二流量调节阀52的开度可以控制旁通的流体流量。
结合参见图4所示，根据本发明的实施例，离心式冷水机组的控制方法包括：检测压缩机4的吸气压力；检测压缩机4的排气压力；根据压缩机4的吸气压力和排气压力确定压缩机4的压缩比；根据压缩机4的压缩比对排热换热器1的第一排气口14和/或第一排液口15排出的流体的流量进行调节。
优选地，根据压缩机4的压缩比对排热换热器1的第一排气口14和/或第一排液口15排出的流体的流量进行调节的步骤包括：检测进口导叶42的开度；检测排热换热器1内的冷媒液位；检测第一流量调节阀51的开度；检测第二流量调节阀52的开度；确定压缩机4允许的进口导叶42开度的临界值；当进口导叶42的实际开度需大于临界值时，调节第一流量调节阀51以维持排热换热器1的内部液位至设定液位；当进口导叶42的实际开度需小于临界值时，控制进口导叶42的开度大于或等于临界值，调节第一流量调节阀51和第二流量调节阀52的开度。
具体而言，在本实施例中，该控制流程为，测量两级离心式压缩机的进口导叶42的开度IGV，通过液位检测器12测量排热换热器1底部的液体液位；测量第一流量调节阀51的开度V1，测量第二流量调节阀52的开度Vg；测量两级离心式压缩机的吸气压力Pi，排气压力Po。根据Pi计算特定制冷剂所对应的饱和温度T，根据Pi、Po计算两级离心式压缩机的压比Poi，然后根据上述的参数确定两级离心式压缩机允许的进口导叶42允许的临界值。当实际需要的开度IGV值大于临界值L时，可以通过开、关或维持第一流量调节阀51的状态的方式维持排热换热器1内部液位高度。当实际进口导叶42开度需低于临界值L时，则可以将进口导叶42开度维持在不低于临界值的开度，开启第一流量调节阀51进行流量调节，同时开启第二流量调节阀52进行气体或气液两相流的旁通。之后完成本次控制，进行下一周期的检测控制。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种离心式冷水机组，其特征在于，包括压缩机(4)、排热换热器(1)、经济器(2)和吸热换热器(3)，所述压缩机(4)具有第三排气口(47)、补气口(46)和回气口(41)，所述排热换热器(1)包括第一排气口(14)和第一排液口(15)，所述经济器(2)包括第一进液口(22)、第二排气口(21)和第二排液口(23)，所述压缩机(4)的第三排气口(47)连接至所述排热换热器(1)的进口(11)，所述第一排气口(14)连接至所述吸热换热器(3)，所述第一排液口(15)连接至所述经济器(2)的第一进液口(22)，所述第二排液口(23)连接至所述吸热换热器(3)，所述第二排气口(21)连接至所述补气口(46)。
2.根据权利要求1所述的离心式冷水机组，其特征在于，所述排热换热器(1)包括壳体(16)、设置在所述壳体(16)底部的隔板(13)以及位于所述隔板(13)和所述壳体(16)所围成的腔体内的第一折流板(17)和第二折流板(18)，所述第一折流板(17)和所述第二折流板(18)交替排布，使所述隔板(13)和所述壳体(16)所围成的腔体形成S形流通通道。
3.根据权利要求2所述的离心式冷水机组，其特征在于，所述隔板(13)与所述壳体(16)的一侧侧壁之间形成连通通道，所述第一排气口(14)设置在所述壳体(16)靠近所述连通通道的一端，所述第一排液口(15)设置在所述壳体(16)远离所述连通通道的一端。
4.根据权利要求1所述的离心式冷水机组，其特征在于，所述第一排液口(15)与所述第一进液口(22)之间的管路上设置有第一流量调节阀(51)；和/或，所述第一排气口(14)和所述吸热换热器(3)之间的管路上设置有第二流量调节阀(52)；和/或，所述第二排液口(23)和所述吸热换热器(3)之间的管路上设置有节流装置(54)；和/或，所述第二排气口(21)与所述补气口(46)之间的管路上设置有第三流量调节阀(53)。
5.根据权利要求1所述的离心式冷水机组，其特征在于，所述离心式冷水机组还包括吸气压力传感器(61)，所述吸气压力传感器(61)设置在所述压缩机(4)的回气口(41)与所述吸热换热器(3)的出口(31)之间的管路上或设置在所述吸热换热器(3)上；和/或，所述离心式冷水机组还包括排气压力传感器(62)，所述排气压力传感器(62)设置在所述压缩机(4)的第三排气口(47)与所述排热换热器(1)的进口(11)之间的管路上或设置在所述排热换热器(1)上。
6.根据权利要求1所述的离心式冷水机组，其特征在于，所述排热换热器(1)上设置有液位检测器(12)。
7.根据权利要求1所述的离心式冷水机组，其特征在于，所述压缩机(4)为两级离心式压缩机(4)，所述压缩机(4)的回气口(41)设置有调节所述回气口(41)的流量的进口导叶(42)。
8.根据权利要求7所述的离心式冷水机组，其特征在于，所述压缩机(4)包括沿着回气方向依次设置的第一级叶轮(43)、第二级叶轮(44)以及与所述第一级叶轮(43)和第二级叶轮(44)驱动连接的电机(45)，所述补气口(46)对应所述第一级叶轮(43)，所述第三排气口(47)对应所述第二级叶轮(44)。
9.一种离心式冷水机组的控制方法，其特征在于，包括
检测压缩机(4)的吸气压力；
检测压缩机(4)的排气压力；
根据压缩机(4)的吸气压力和排气压力确定压缩机(4)的压缩比；
根据压缩机(4)的压缩比对排热换热器(1)的第一排气口(14)和/或第一排液口(15)排出的流体的流量进行调节。
10.根据权利要求9所述的离心式冷水机组的控制方法，其特征在于，所述根据压缩机(4)的压缩比对排热换热器(1)的第一排气口(14)和/或第一排液口(15)排出的流体的流量进行调节的步骤包括：
检测进口导叶(42)的开度；
检测排热换热器(1)内的冷媒液位；
检测第一流量调节阀(51)的开度；
检测第二流量调节阀(52)的开度；
确定压缩机(4)允许的进口导叶(42)开度的临界值；
当进口导叶(42)的实际开度需大于临界值时，调节第一流量调节阀(51)以维持排热换热器(1)的内部液位至设定液位；
当进口导叶(42)的实际开度需小于临界值时，控制进口导叶(42)的开度大于或等于临界值，调节第一流量调节阀(51)和第二流量调节阀(52)的开度。
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