CN109642578A - 监测压缩机的容积指数阀的方法和诊断系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种监测压缩机的容积指数阀的方法。所述方法包括当所述容积指数阀处于第一位置时记录所述压缩机的运行状况的第一读数。所述方法还包括将所述容积指数阀切换到第二位置。所述方法还包括当所述容积指数阀处于所述第二位置时记录所述压缩机的所述运行状况的第二读数。所述方法还包括计算所述第一读数与所述第二读数之间的差值。所述方法还包括将所述差值与预定阈值差值进行比较，以确定所述容积指数阀是否正在以期望的方式在所述第一位置与所述第二位置之间移动。

Description

监测压缩机的容积指数阀的方法和诊断系统

背景技术

本文描述的实施方案整体涉及用于压缩机的容积指数阀，更具体地涉及监测这种阀的方法，以及涉及容积指数阀诊断系统。

螺杆压缩机通常用于空气调节和制冷应用中。在此类压缩机中，互相啮合的凸形和凹形叶状转子或螺杆围绕它们的轴线旋转，以将工作流体(例如制冷剂)从低压入口端泵送到高压出口端。具有构建到壳体中的固定入口和排出口的螺杆压缩机针对一组特定的吸入和排出条件以及压力而优化。然而，内部连接有压缩机的系统很少在恒定状况下运行，尤其是在空气调节应用中。夜间温度、日间温度和季节温度可能影响系统的容积比和压缩机运行的效率。容积比或容积指数(VI)是吸入口关闭时压缩机内部的蒸气体积与排出口打开时压缩机内部的蒸气体积的比率。螺杆压缩机、涡旋压缩机和其他类似的机器通常具有基于压缩机几何结构的固定容积指数。

在负载变化的系统中，冷凝器中排出的热量发生波动，导致高侧压力上升或下降，并且导致容积指数不同于压缩机的固定容积指数。为了提高效率，压缩机内部的压力应大致等于来自压缩机的排出管路中的压力。如果内部压力超过排出压力，则发生气体的过度压缩，而如果内部压力过低，则发生回流，两者都会导致系统效率损失。因此，压缩机的容积指数应该变化，以使压缩机在非一致运行状况下的效率最大化。

可以采用容积指数阀在压缩过程中的各个点选择性地打开和关闭，以在不同的运行状况(例如部分负载运行)下获得更好的容积指数控制。但是，容积指数阀不提供反馈来确定是否发生了运行故障。因此，无法获得对容积指数阀的实时运行监测。如果容积指数阀在无监测的情况下不正常地运行，则整个系统可能非期望地以比原本可获得的效率低的效率运行。

发明内容

根据一个实施方案，提供了一种监测压缩机的容积指数阀的方法。所述方法包括当容积指数阀处于第一位置时记录压缩机的运行状况的第一读数。所述方法还包括将容积指数阀切换到第二位置。所述方法还包括当容积指数阀处于第二位置时记录压缩机的运行状况的第二读数。所述方法还包括计算第一读数与第二读数之间的差值。所述方法还包括将所述差值与预定阈值差值进行比较，以确定容积指数阀是否正在以期望的方式在第一位置与第二位置之间移动。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，另外的实施方案可包括当容积指数阀处于第一位置时记录运行状况的第一多个读数。还包括对所述第一多个读数取平均值。还包括当容积指数阀处于第二位置时记录运行状况的第二多个读数。还包括对所述第二多个读数取平均值，其中计算出的差值是所述第一多个读数的平均值与所述第二多个读数的平均值之间的差值。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，另外的实施方案可包括如果差值不超过预定阈值，则发起警报。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，另外的实施方案可包括保持警报直到警报被手动重置。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，另外的实施方案可包括压缩机在警报被发起时继续运行。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，另外的实施方案可包括运行状况是压缩机的变频驱动功率。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，另外的实施方案可包括运行状况是压缩机的测得电流。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，另外的实施方案可包括以指定的时间间隔自动执行所述方法。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，另外的实施方案可包括容积指数阀的第一位置是打开位置并且容积指数阀的第二位置是关闭位置。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，另外的实施方案可包括容积指数阀的第一位置是关闭位置并且容积指数阀的第二位置是打开位置。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，另外的实施方案可包括在压缩机于其内运行的系统的稳定运行状况下执行所述方法。

根据另一个实施方案，容积指数阀诊断系统包括压缩机。还包括设置在压缩机中的容积指数阀，所述容积指数阀可在打开位置与关闭位置之间移动。还包括控制器，所述控制器与容积指数阀操作性连通，以控制容积指数阀是处于打开位置还是处于关闭位置。还包括处理装置，所述处理装置用于接收压缩机在容积指数阀处于打开位置时和容积指数阀处于关闭位置时的运行状况的数据，所述处理装置已在存储器中存储处于打开位置时的运行状况与处于关闭位置时的运行状况之间的差值的预定阈值。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，另外的实施方案可包括运行状况是压缩机的变频驱动功率。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，另外的实施方案可包括运行状况是压缩机的测得电流。

除了上述一个或多个特征之外或作为替代，另外的实施方案可包括如果差值小于预定阈值，则处理装置发起警报。

通过以下结合附图的描述，这些和其他优点以及特征将变得更加明显。

附图说明

在本说明书后的权利要求中具体指出并明确要求保护被视为公开内容的主题。本公开的前述和其他特征以及优点从结合附图进行的以下详细描述中显而易见，在附图中：

图1是压缩机的剖视图；

图2是螺杆压缩机的容积指数阀的透视图；

图3是说明监测容积指数阀的方法的流程图；以及

图4是在容积指数阀的各个位置处压缩机的运行状况相对于时间的曲线图。

具体实施方式

参考图1，更详细地示出了通常用在空调系统中的螺杆压缩机20的实例。螺杆压缩机20包括壳体组件32，所述壳体组件包含马达34以及两个或更多个互相啮合的螺杆转子36、38，所述螺杆转子具有相应的中心纵向轴线A和B。在所示实施方案中，转子36具有在第一端42与第二端44之间延伸的凸形叶状主体40。凸形叶状主体40与另一个转子38的凹形叶状主体46啮合。转子38的凹形叶状主体46具有第一端48和第二端50。每个转子36、38包括从相关联的凸形叶状主体40的第一端42和第二端44延伸的轴部52、54以及从相关联的凹形叶状主体46的第一端48和第二端50延伸的轴部56、58。轴部52和56通过一个或多个入口轴承60安装到壳体32，并且轴部54、58通过一个或多个出口轴承62安装到壳体32，以围绕相关联的转子轴线A、B旋转。

在所示实施方案中，马达34和转子36的轴部52可以联接，使得马达34围绕轴线A驱动转子36。当在操作性的第一方向上如此驱动时，转子36在相反的第二方向上驱动另一个转子38。壳体组件32包括转子壳体64，所述转子壳体具有上游/入口端面66和与转子第二端44、50基本上共面的下游/排出端面68。尽管本文示出并描述了特定的压缩机类型和配置，但例如像具有三个转子的其他压缩机也在本发明的范围内。

壳体组件32还包括马达/入口壳体70，所述马达/入口壳体具有处于上游端的压缩机入口/吸入口72，并且具有(例如，通过穿过两个壳体件的螺栓)安装到转子壳体上游面66的下游面74。组件32还包括出口/排出壳体76，所述出口/排出壳体具有安装到转子壳体下游面68的上游面78，并且具有出口/排出口80。转子壳体64、马达/入口壳体70和出口壳体76可各自形成为接受进一步精加工的铸件。制冷剂蒸气在吸入压力下进入入口或吸入口72，并且在排出压力下离开压缩机20的排出口80。在两个或更多个转子36、38的压缩机构内处于入口72与排出口80之间的制冷剂蒸气具有中间压力。

现在参考图2，同时继续参考图1，容积指数阀100定位在转子壳体64内，与转子36、38的排出端44、50相邻。容积指数阀提供蒸气从转子36、38的中间点到排出口80的流动路径，从而绕过压缩的最后部分。阀100响应于压缩机20内的制冷剂蒸气的工作压力而在关闭位置与打开位置之间自动地移动，以控制旁通流量并因此控制压缩机20的容积指数。阀100由致动器控制。在一些实施方案中，致动器是螺线管致动器。容积指数阀100的正常运行能够通过主动控制流过压缩机20的流体流量而提高所述压缩机的效率。例如，当压缩机在部分负载下运行时，这是特别有益的。

现在参考图3，流程图示出了以诊断程序的形式监测容积指数阀的运行的方法200和系统。不能确保容积指数阀20正常地打开和关闭导致压缩机的运行效率低于原本可通过正常阀运行而获得的效率。所述方法和系统有利地提供了容积指数阀以期望的方式打开和关闭的验证。

在一些实施方案中，方法200可以由操作人员手动开始。然而，在所示实施方案中，提供了所述方法的自动开始202，并且所述自动开始基于周期定时器，以使所述方法以指定的时间间隔执行。在开始时，所述方法包括等待满足压缩机的正常和稳定运行状况204和/或压缩机在其内运行的系统的稳定运行状况。这可包括确保存在一个或多个运行模式并且已在指定的时间段内经满足了稳定性。例如，可能需要压缩机温度和/或压力在最小时间段内处于特定范围内以便执行所述方法。关于压缩机在其内运行的系统的稳定运行状况，压缩机在其内运行的系统的一个实例是空气调节应用。在此类实施方案中，制冷剂流速、系统压力、系统温度和系统效率是可能需要处于指定范围内以执行所述方法的运行状况的实例。如果不满足稳定性状况，则中止所述方法。

在满足状况的稳定性之后，在容积指数阀处于对应于第一位置的第一状态时，对压缩机的运行状况进行检测和记录206。在一些实施方案中，在容积指数阀处于第一位置时，在给定的时间间隔内进行多次记录，其中对记录结果取平均值以提供单个运行状况读数(本文中称为第一读数)。替代地，或者与对记录结果取平均值相结合，可以通过分析、趋势分析(trending)、滤选(filtering)等来确定第一读数。前面的列举仅仅是说明性的，而无意限制可用来确定第一读数的分析技术。在一些实施方案中，容积指数阀的第一状态对应于提供容积指数阀的关闭位置的通电(即，接通)状态。一旦在容积指数阀处于第一状态(即，第一位置)时记录了足够的数据，就通过与容积指数阀操作性连通的控制器99 (图2)将容积指数阀切换到对应于第二位置的第二状态。与第一位置一样，在容积指数阀处于第二位置时检测并记录一个或多个读数208。在进行多次记录的实施方案中，对记录结果取平均值以提供单个压缩机运行状况读数(本文中称为第二读数)。在一些实施方案中，容积指数阀的第二状态对应于提供容积指数阀的打开位置的非通电(即，断开)状态。尽管所述方法被描述为通过将容积指数阀从第一(即，关闭)位置切换到第二(即，打开)位置来实施，但是应当理解，在一些实施方案中相反的顺序也是成立的。

上述压缩机的运行状况在一些实施方案中是指功率读数。具体地，在容积指数阀的两个上述状态/位置处获取压缩机的变频驱动功率读数。在其他实施方案中，压缩机的工作电流可以用作运行状况读数。通常通过与容积指数阀20和压缩机20操作性连通的处理器98 (图2)来获取读数。处理器98可以是控制器99的一部分或单独的模块。尽管上面提到了变速压缩机，但是应当理解，定速压缩机受益于本文所描述的实施方案。

通过处理器98来处理第一读数和第二读数，并计算两个读数之间的差值。如图4所示，当容积指数阀处于第一状态/位置时，检测第一运行状况读数300。当容积指数阀切换到第二状态/位置时，在压缩机特性线图(map)的某些区域中观察到运行状况的阶梯状下降，如数字302所示。具体地，在运行范围(operating envelope)内存在重叠区域或“死区”，在所述重叠区域或“死区”中，在有或没有容积指数阀的情况下运行不会产生大的差异。压缩机可以是定速压缩机或变速压缩机。由于变频驱动中的功率读数的可用性，所述功率读数可用于执行容积指数阀运行确定。否则，可以采用电流读数来实现对变速压缩机和定速压缩机两者的确定。

处于第二状态/位置时，检测第二运行状况读数304。所述方法包括利用处理器98来确定运行状况读数之间的差值，并将所述差值与存储在处理器210的存储器中的预定阈值进行比较。正确运行的系统将产生超出预定阈值的可测量差值。如上所述，在一些实施方案中，所测量的运行状况是功率。如果测得的功率差值未能超过预定阈值，则这指示容积指数阀本身有硬件问题并且未正常地打开和关闭。在电流作为所测量的运行状况的情况下，未能超过预定阈值指示容积指数阀存在电气故障。另外，安装或机械故障可能导致未能超过预定阈值。

如果未超过预定阈值，则所述方法包括发起提示操作人员采取校正动作的警报212。如上所述，容积指数阀的故障影响效率，但不保证压缩机的完全停机，因此系统在警报开启214时继续运行。保持警报直到警报被手动重置，从而确保操作人员已解决了问题。一旦被手动重置，就可以重置定时器216以确定何时再次启动诊断程序。

有利地，本文描述的方法和系统提供了容积指数阀的故障检测形式。容积指数阀主要负责提供效率益处。因此，出现故障的阀会降低机组效率。如果没有本文描述的方法和系统，则容积指数阀故障可能会被忽视并且降低运行效率。

除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，否在本公开的上下文中(特别是在以下权利要求的上下文中)，术语“一个/一种”以及“所述/该”以及类似的指代用语应被解释为涵盖单数和复数。此外，还应注意，本文中的术语“第一”、“第二”等不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个元件与另一个元件区分开。连同数量使用的修饰语“约”包含所指定的值并且具有由上下文所规定的含义(例如，其包括与特定量的测量相关的误差程度)。

虽然已经结合仅有限数量的实施方案详细地描述了本公开，但是应容易理解的是，本公开并不限于此类公开的实施方案。相反，可对本公开进行修改以并入上文未描述但与本公开的精神和范围相称的多种变化、改变、替代或等效布置。另外，尽管已描述了本公开的各种实施方案，但是应理解，本公开的各方面可以仅包括所描述实施方案中的一些。因此，本公开不被视为受以上描述的限制，而是仅受所附权利要求的范围限制。

Claims (15)

1.一种监测压缩机的容积指数阀的方法，其包括：

当所述容积指数阀处于第一位置时记录所述压缩机的运行状况的第一读数；

将所述容积指数阀切换到第二位置；

当所述容积指数阀处于所述第二位置时记录所述压缩机的所述运行状况的第二读数；

计算所述第一读数与所述第二读数之间的差值；以及

将所述差值与预定阈值差值进行比较，以确定所述容积指数阀是否正在以期望的方式在所述第一位置与所述第二位置之间移动。

2.如权利要求1所述的方法，其还包括：

当所述容积指数阀处于所述第一位置时记录所述运行状况的第一多个读数；

对所述第一多个读数取平均值；

当所述容积指数阀处于所述第二位置时记录所述运行状况的第二多个读数；以及

对所述第二多个读数取平均值，其中计算出的所述差值是所述第一多个读数的平均值与所述第二多个读数的平均值之间的差值。

3.如权利要求1或2所述的方法，其还包括如果所述差值不超过所述预定阈值，则发起警报。

4.如权利要求3所述的方法，其还包括保持所述警报直到所述警报被手动重置。

5.如权利要求3或4所述的方法，其中所述压缩机在所述警报被发起时继续运行。

6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述运行状况是所述压缩机的变频驱动功率。

7.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述运行状况是所述压缩机的测得电流。

8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其还包括以指定的时间间隔自动执行所述方法。

9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述容积指数阀的所述第一位置是打开位置并且所述容积指数阀的所述第二位置是关闭位置。

10.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其中所述容积指数阀的所述第一位置是关闭位置并且所述容积指数阀的所述第二位置是打开位置。

11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法在所述压缩机于其内运行的系统的稳定运行状况下执行。

12.一种容积指数阀诊断系统，其包括：

压缩机；

设置在所述压缩机中的容积指数阀，所述容积指数阀能够在打开位置与关闭位置之间移动；

控制器，所述控制器与所述容积指数阀操作性连通，以控制所述容积指数阀是处于所述打开位置还是处于所述关闭位置；以及

处理装置，所述处理装置用于接收所述压缩机在所述容积指数阀处于所述打开位置时和所述容积指数阀处于所述关闭位置时的运行状况的数据，所述处理装置已在存储器中存储处于所述打开位置时的所述运行状况与处于所述关闭位置时的所述运行状况之间的差值的预定阈值。

13.如权利要求12所述的系统，其中所述运行状况是所述压缩机的变频驱动功率。

14.如权利要求12所述的系统，其中所述运行状况是所述压缩机的测得电流。

15.如权利要求12-14中任一项所述的系统，其中所述处理装置被编程为：

确定处于所述打开位置时的所述运行状况与处于所述关闭位置时的所述运行状况之间的所述差值；以及

如果所述差值小于所述预定阈值，则发起警报。