CN109387000B - 一种压缩机的无级能量调节装置、调节方法以及制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压缩机的无级能量调节装置、调节方法以及制冷系统，其中所述的无级能量调节装置包括：将所述压缩机的首次压缩腔和该压缩机吸气管道连通的旁通管道、设于该旁通管道上的流量调节阀。本发明无需考虑油路布置，压缩机机体的结构简单，加工难度及成本降低。流量调节阀可以实时控制压缩机的排气量，能够根据制冷系统的负荷变化及时反应，调节旁通流体的流量，响应迅速。电子膨胀阀可实时控制压缩机的排气量，能够实现类似无级的能量调节，能够完美契合范围内的所有负荷点。

Description

一种压缩机的无级能量调节装置、调节方法以及制冷系统

技术领域

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种无级容量调节压缩机的无级能量调节装置、调节方法以及使用该调节方法的制冷系统。

背景技术

压缩机通常会根据实际负荷的变化而调节容量。如，螺杆压缩机的容量调节方法一般采用柱塞、滑阀、变频电机来进行有级的调节。但对于小排量的螺杆压缩机，柱塞及滑阀两零件的结构设置较为复杂，往往受到较小机体空间的限制，则在设计和加工工艺上难度非常大。采用变频电机进行容量调节，将导致成本大幅上升。而为了降低压缩机的成本，同时带来变频控制上的额外支出。业界对于小排量的螺杆压缩机，经常采用无级容量调节的方案进行设计，但当下使用技术无法精确匹配实际负荷的变化，调节反应不迅速，只能在设定的大区间方位内进行开停机的粗略控制。

因此，如何克服现有小排量压缩机，无级容量调节技术无法精确匹配实际负荷的变化，调节反应不迅速的缺陷是业界亟待解决的问题。

发明内容

本发明为了解决现有小排量压缩机，无级容量调节技术无法精确匹配实际负荷的变化，调节反应不迅速的问题，提出一种成本低、可完美匹配实际负荷变化点以及调节反应迅速的无级容量调节压缩机的无级能量调节装置、调节方法以及使用该调节方法的制冷系统。

本发明提出的一种螺杆压缩机的压缩机的无级能量调节装置，其包括：将所述压缩机的首次压缩腔和该压缩机吸气管道连通的旁通管道、设于该旁通管道上的流量调节阀。

较优的，所述的流量调节阀可以为电子膨胀阀。

较优的，所述的无级能量调节装置还包括：采集实际负荷值的传感器，将该实际负荷值与设定负荷值进行对比并算出所述电子膨胀阀开度值的控制模块以及根据该开度值调节所述电子膨胀阀开度的执行模块。

较优的，所述的压缩机可以为螺杆压缩机、涡旋压缩机或活塞压缩机的任一种。

本发明也提出了一种使用所述螺杆压缩机的无级能量调节装置的无级能量调节方法，其包括步骤：

设定负荷值；

将实时检测到的实际负荷值与所述的设定负荷值进行对比，并算出所述电子膨胀阀的开度值；

根据所述电子膨胀阀的开度值，实时调节所述电子膨胀阀的开度。

较优的，所述电子膨胀阀的开度值由下列公式计算：

B_k=α(∆T_k-∆T _k-1 )+β∆T_k+γ(∆T_k-2∆T_k-1+T_k-2)

其中：B_k—第k次电子膨胀阀需调节的步数，即第k次电子膨胀阀的开度值；

∆T_k—第k次检测到的实际负荷值与设定负荷值的差值；

α-微分系数，β-变化量系数，γ-积分系数，根据实际应用设定。

本发明还提出了一种制冷系统，该系统使用所述的螺杆压缩机的无级能量调节方法。

由于现有无容量调节压缩机，柱塞和滑阀调节需要对压缩机内部机体结构、油路方案进行调整，增加加工难度以及成本，使用变频电机调节成本非常高。本发明在压缩机机体的吸气终了后齿槽封闭空间开孔导通吸气管道，采用电子膨胀阀实时调节压缩机的排气量，以实现无级能量调节。无需考虑油路布置、压缩机机体的结构调整，加工工艺简单。一般只需要选用普通的电子膨胀阀，价格便宜。电子膨胀阀可以实时控制压缩机的排气量，能够根据实际负荷变化及时反应调节旁通流体的流量，响应迅速。能够完美契合范围内的所有负荷点。

附图说明

图1为本发明的无级能量调节装置实施列的结构示意图；

图2为本发明的无级能量调节方法流程的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提出的一种螺杆压缩机的无级能量调节装置的实施例，其包括：螺杆压缩机1、与该螺杆压缩机吸气口连通的吸气管道3、与螺杆压缩机排气口连通的排气管道6；将该螺杆压缩机1的首次压缩腔2和该螺杆压缩机吸气管道3连通的旁通管道4、设于该旁通管道4上的流量调节阀5。本实施例中，流量调节阀5采用普通的电子膨胀阀；而螺杆压缩机1的首次压缩腔2为该压缩机初次吸气终了的螺杆齿槽封闭空间。无级能量调节装置还包括：采

集制冷系统的实际负荷值数据的传感器，将该实际负荷值与负荷设定值进行对比并算出电子膨胀阀5开度的控制模块以及根据该算出的开度值调节电子膨胀阀5开度的执行模块（图中未示出）。根据需要，无级能量调节装置还可以用于其他类型的压缩机，如，涡旋压缩机或活塞压缩机等。

如图2所示，本发明还提出了一种使用螺杆压缩机的无级能量调节装置的无级能量调节方法，其步骤为：根据需要由控制模块设定制冷系统的负荷值；控制模块将传感器实时检测到的制冷系统的实际负荷值与设定负荷值进行对比，并算出此时最优的电子膨胀阀需要开启的开度值；执行模块根据算出的电子膨胀阀的开度值，实时调节电子膨胀阀的开度，以控制回流到吸气管道的制冷剂流体流量。实际工作中，传感器是实时的检测反馈制冷系统的实际负荷值，而控制模块主要按照周期判断制冷系统当前的实际负荷值与设定负荷值的偏差，计算电子膨胀阀的开度值、并实时控制电子膨胀阀的开度，给出压缩机吸气的变化流量。电子膨胀阀的开度值由下列公式计算：

B_k=α(∆T_k-∆T _k-1 )+β∆T_k+γ(∆T_k-2∆T_k-1+T_k-2)

其中：B_k—第k次电子膨胀阀需调节的步数，即第k次电子膨胀阀需开启的开度值；

∆T_k—第k次检测到的实际负荷值与设定负荷值的差值；

α-微分系数，β-变化量系数，γ-积分系数，根据实际应用设定。

本发明无级能量调节方法，可以通过判断当前实际负荷值与设定负荷值的偏差，来控制过程中的累积偏差、变化速率，调节电子膨胀阀开度。α参数主要影响根据当前值与设定负荷值偏差而做出的响应，β参数主要影响累积偏差的消除，γ参数影响负荷的变化速度，从而达到响应及时，调节稳定，控制精确的目的。无级能量调节方法的实际应用效果，与α，β，γ三个参数的设定直接挂钩。而这三个参数需要根据实际应用情况整定设置，才能够达到最优效果。

本发明的无级能量调节方法可应用于制冷系统中。

请结合图1，螺杆压缩机1的右侧为吸气管道3、左侧为排气管道6，旁通管道4连通该螺杆压缩机1的首次压缩腔2和吸气管道3，设于该旁通管道4上的电子膨胀阀5。吸气来自于制冷系统的蒸发侧回气，排气去往制冷系统的冷凝侧。

吸气过程：来自于蒸发侧的回气由吸气管道3进入螺杆压缩机1后，被该压缩机的转子前端齿槽吸入，在两个转子完成齿槽密封后，吸气过程终了。

旁通过程：在吸气终了后的封闭齿槽内，在压缩机的机体一侧，开有旁通孔道，连接旁通管道4通向吸气管道3，旁通管道4上的电子膨胀阀5控制制冷剂气体的流通量。由于在压缩机的吸气终了后的封闭齿槽内，制冷剂气体已经过初次压缩，压力比吸气管路的压力高，因此一部分气体通过旁通管道4，流向吸气管路3，进行内部循环，从而减少了压缩机的排气量。

排气过程：剩余吸气终了后的封闭齿槽内的制冷剂气体继续被压缩，最终通过转子的末端排出压缩机出口，由排气管道6送往制冷系统的冷凝侧。由于螺杆压缩机1出口排气量被减少，因此，对于输出能量也相应减少，以适配实际负荷的变化。

本发明对比常规的做法，使用在压缩机的吸气终了后的齿槽封闭空间内，引出一路刚刚完成首次压缩的流体，导通到吸气管路，在其中使用电子膨胀阀并控制通过的流体流量，使得压缩机的排气量可调，实现压缩机的连续的无级能量调节，从而有效地解决了无容量调节压缩难以匹配负荷变化的问题。而使用在机体的吸气终了后齿槽封闭空间开孔导通，采用电子膨胀阀调节压缩机排气的结构，加工工艺简单，无需考虑油路布置、压缩机机体的结构调整。一般只需要选用普通的电子膨胀阀，价格也比较便宜。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (3)

1.一种螺杆压缩机的无级能量调节装置，其特征在于，包括将所述螺杆压缩机的首次压缩腔和该螺杆压缩机吸气管道连通的旁通管道、设于该旁通管道上的电子膨胀阀；

所述首次压缩腔为所述螺杆压缩机初次吸气终了的螺杆齿槽封闭空间；

还包括采集实际负荷值的传感器，将该实际负荷值与设定负荷值进行对比并算出所述电子膨胀阀开度值的控制模块以及根据该开度值调节所述电子膨胀阀开度的执行模块；

所述电子膨胀阀的开度值由下列公式计算，B_k=α(∆T_k-∆T _k-1 )+β∆T_k+γ(∆T_k-2∆T_k-1+T_k-2)

其中：B_k—第k次电子膨胀阀需调节的步数；

∆T_k—第k次检测到的实际负荷值与设定负荷值的差值；

α-微分系数，β-变化量系数，γ-积分系数。

2.一种使用权利要求1所述螺杆压缩机的无级能量调节装置的无级能量调节方法，其包括步骤：

设定负荷值；

将实时检测到的实际负荷值与所述的设定负荷值进行对比，并算出所述电子膨胀阀的开度值；

根据所述电子膨胀阀的开度值，实时调节所述电子膨胀阀的开度。

3.一种制冷系统，其特征在于，使用如权利要求2所述的无级能量调节方法。