CN111140544A - 压缩机导叶开度控制方法、装置及空调机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种压缩机导叶开度控制方法、装置及空调机组。其中，该方法包括：根据目标制冷量确定压缩机的叶轮进口速度；根据所述叶轮进口速度与导叶开度的关系确定目标开度；将导叶的开度调节至所述目标开度。本发明根据目标制冷量确定所需的叶轮进口速度，然后根据导叶开度与气流速度的关系实时计算出导叶的目标开度，从而根据该目标开度对导叶进行实时快速精准的调节，有效解决导叶在工况变化时调节滞后且不精准的问题，且可避免喘振，保证机组高效稳定运行。

Description

压缩机导叶开度控制方法、装置及空调机组

技术领域

本发明涉及压缩机技术领域，具体而言，涉及一种压缩机导叶开度控制方法、装置及空调机组。

背景技术

离心压缩机的进口处一般设置导流叶片(简称为导叶)，导叶开度不同，进入压缩机的气体流量也不同。目前通过设置在压缩机进口的导流叶片调节机构对导叶开度进行调节以控制吸气流量，变频离心机则通过导流叶片调节机构与转速联合调节以达到流量调节的目的。

目前有以下几种方法对导叶开度进行调节：

(1)通过在燃气轮机或航空发动机控制系统中增加角位移传感器、导叶调节机构及相应程序，将导叶角度实时反馈给控制器，控制器通过控制程序，调节压气机进口角度大小，从而改变进口空气流量，保证压气机的工作裕度，防止喘振发生。该方法需要增加进口流量计等装置，结构复杂，且对具体如何确定导叶开度未作详细介绍。

(2)对导流叶片容量调节机构的结构进行设计优化，通过连杆或连轴驱动环，在运行时根据工况实时控制导流叶片开度。该方法主要是通过优化结构来控制导叶开度，但对具体如何确定导叶开度未作详细介绍。

一般是根据油压或者高低压差来确定导叶开度，调节方法较为粗放，控制精度不高，且存在滞后，导致空气流量控制不及时，无法达到精确调节的目的。

针对现有技术中导叶开度调节滞后且调节精度不高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供一种压缩机导叶开度控制方法、装置及空调机组，以解决现有技术中导叶开度调节滞后且调节精度不高的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种导叶开度控制方法，包括：根据目标制冷量确定压缩机的叶轮进口速度；根据所述叶轮进口速度与导叶开度的关系确定目标开度；将导叶的开度调节至所述目标开度。

可选的，根据目标制冷量确定压缩机的叶轮进口速度，包括：根据所述目标制冷量确定进入所述压缩机的目标容积流量；根据所述目标容积流量和叶轮通流面积确定所述叶轮进口速度。

可选的，根据所述目标制冷量确定进入所述压缩机的目标容积流量，包括：计算所述目标制冷量除以单位制冷量，得到目标质量流量；计算所述目标质量流量除以当前蒸发压力对应的气体密度，得到所述目标容积流量。

可选的，根据所述目标容积流量和叶轮通流面积确定所述叶轮进口速度，包括：计算所述目标容积流量除以所述叶轮通流面积，得到所述叶轮进口速度。

可选的，根据所述叶轮进口速度与导叶开度的关系确定目标开度，包括：按照以下公式计算所述目标开度：

cosα＝C_m/C，

其中，α表示目标开度，C_m表示叶轮进口速度，C表示叶轮相对速度，C的取值为导叶全开时对应的叶轮进口速度。

可选的，在将导叶的开度调节至所述目标开度之前，还包括：判断所述目标开度是否小于防喘最小开度；若是，将所述导叶的开度调整至所述防喘最小开度。

可选的，若是变频机组，所述方法还包括：判断机组当前运行负荷是否大于预设负荷；若是，通过电机转速调节所述压缩机的吸气容积流量；若否，通过电机转速和导叶联合调节所述压缩机的吸气容积流量。

可选的，通过电机转速和导叶联合调节所述压缩机的吸气容积流量，包括：计算防喘最小转速值；降低电机转速；当所述电机转速降到所述防喘最小转速值时，计算所述目标制冷量与当前制冷量的差值，将所述差值作为导叶调节的参考制冷量；根据所述参考制冷量确定所述叶轮进口速度。

本发明实施例还提供了一种导叶开度控制装置，包括：第一确定模块，用于根据目标制冷量确定压缩机的叶轮进口速度；第二确定模块，用于根据所述叶轮进口速度与导叶开度的关系确定目标开度；调节模块，用于将导叶的开度调节至所述目标开度。

本发明实施例还提供了一种空调机组，包括：本发明实施例所述的导叶开度控制装置。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如本发明实施例所述的导叶开度控制方法。

应用本发明的技术方案，根据目标制冷量确定所需的叶轮进口速度，然后根据导叶开度与气流速度的关系实时计算出导叶的目标开度，从而根据该目标开度对导叶进行实时快速精准的调节，有效解决导叶在工况变化时调节滞后且不精准的问题，且可避免喘振，保证机组高效稳定运行。

附图说明

图1是本发明实施例提供的冷水机组的示意图；

图2A至图2C是本发明实施例提供的导叶开度的示意图；

图3是本发明实施例提供的导叶开度控制方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的叶轮速度分解示意图；

图5是本发明实施例提供的导叶开度控制装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种对导叶开度进行控制的方案，主要针对离心式压缩机，例如应用在冷水机组。如图1所示，冷水机组包括：压缩机10、蒸发器20、冷凝器30和节流装置40。蒸发器20设置有冷冻进水21和冷冻出水22。冷凝器30设置有冷却进水31和冷却出水32。

压缩机10的进口处设置有叶轮11，用于对进入压缩机的气流做功。气体在叶轮叶片的作用下，随叶轮作高速旋转，气体受旋转离心力的作用以及在叶轮里的扩压流动，使气体通过叶轮后的压力得到提高。叶轮11的进口前安装有开度可调的进口导叶12，进口导叶12的开度不同，进入压缩机的气体量和气流方向也不同。进口导叶12可以包括多个叶片，每个叶片的开度均可调。参考图2A，导叶全关，参考图2B，导叶开度45度，参考图2C，导叶全开，即开度为0度。

叶轮11和进口导叶12还通过连杆连接至电机13，电机13和连杆构成导叶调节机构，来控制导叶开度。电机13控制连杆转动角度，带动叶轮11旋转以及带动进口导叶12的开度变化，调节实际通流面积，进而调整压缩机吸气容积流量，从而实现制冷量的调节。

本发明实施例中对导叶目标开度的计算过程涉及到蒸发压力和冷凝压力，因此，在蒸发器20上安装有蒸发压力传感器23，用于实时测量蒸发压力，在冷凝器30上安装有冷凝压力传感器33，用于实时测量冷凝压力。对于变频机组，还包括变频器，通过变频器控制电机转速。

本发明实施例提供一种导叶开度控制方法，该方法可适用于利用导叶开度对压缩机吸气容积流量进行调节的情况，以使得制冷量达到需求。该方法基于上述冷水机组实现，其中离心压缩机包括叶轮、导叶及电机。

图3是本发明实施例提供的导叶开度控制方法的流程图，如图3所示，该方法包括以下步骤：

S301，根据目标制冷量确定压缩机的叶轮进口速度。

其中，机组的目标制冷量即需求制冷量，可以通过现有技术来获取，以冷水机组为例，可根据冷冻水进出水温差来确定制冷量。叶轮进口速度是指叶轮进口处的气体通流速度。

S302，根据叶轮进口速度与导叶开度的关系确定目标开度。

S303，将导叶的开度调节至目标开度。

目标开度是指当前负荷需求的开度。利用叶轮进口速度与导叶开度的通用关系，即可根据计算得到的所需的叶轮进口速度，确定目标开度，从而利用电机将导叶开度调节到目标开度。

本实施例根据目标制冷量确定所需的叶轮进口速度，然后根据导叶开度与气流速度的关系实时计算出导叶的目标开度，从而根据该目标开度对导叶进行实时快速精准的调节，有效解决导叶在工况变化时调节滞后且不精准的问题，且可避免喘振，保证机组高效稳定运行。

需要说明的是，本实施例的导叶开度控制方法适用于多种导叶驱动形式。

在一个实施方式中，根据目标制冷量确定压缩机的叶轮进口速度，包括：根据目标制冷量确定进入压缩机的目标容积流量；根据目标容积流量和叶轮通流面积确定叶轮进口速度。由此基于压缩机负荷与容积流量的关系，即可确定叶轮进口速度，为导叶开度的实时精准计算提供基础。

进一步的，根据目标制冷量确定进入压缩机的目标容积流量，包括：计算目标制冷量除以单位制冷量，得到目标质量流量；计算目标质量流量除以当前蒸发压力对应的气体密度，得到目标容积流量。

具体的，按照以下公式计算目标质量流量：

Q＝q_m·Δh (1)

其中，Q表示目标制冷量，q_m表示目标质量流量，Δh表示单位制冷量。

质量流量是指单位时间里流体通过封闭管道或敞开槽有效截面的流体质量。机组控制器需要内置制冷剂物性参数，根据实时测定的蒸发压力、冷凝压力以及内置的压缩机绝热效率曲线，由制冷剂对应的压焓图找到其对应的饱和状态值，包括饱和蒸发压力下对应的密度值和蒸发过程前后的焓值，由此可以计算出实时工况下的单位制冷量Δh。单位制冷量的计算可参考现有技术，本发明实施例不再详述。

按照以下公式计算目标容积流量：

q_v＝q_m/ρ (2)

其中，q_v表示目标容积流量，q_m表示目标质量流量，ρ表示当前蒸发压力对应的气体密度。ρ可以利用数据库查询得到。容积流量是指单位时间里通过过流断面的流体体积。

进一步的，根据目标容积流量和叶轮通流面积确定叶轮进口速度，包括：计算目标容积流量除以叶轮通流面积，得到叶轮进口速度。

具体的，可以按照以下公式计算叶轮进口速度：

C_m＝q_v/A (3)

其中，C_m表示叶轮进口速度，q_v表示目标容积流量，A表示叶轮通流面积。当叶轮设计完成后，其通流面积为定值。

根据速度三角形，如图4所示，叶轮相对速度与叶轮进口速度存在以下关系：

cosα＝C_m/C (4)

其中，α表示目标开度，C_m表示叶轮进口速度，C表示叶轮相对速度，C的取值为导叶全开时对应的叶轮进口速度。

当导叶全开时，α＝0，C＝C_m。

当导叶需要根据目标制冷量关小时，可根据公式(3)计算出新的叶轮进口速度C_m′，将该C_m′带入到公式(4)中，计算出导叶的目标开度α。由此便根据叶轮进口速度与导叶开度的关系确定了目标开度。

为了防止机组喘振，对于定频机组，还可以利用导叶开度和预防喘振联合控制，具体的，在将导叶的开度调节至目标开度之前，判断目标开度是否小于防喘最小开度；若是，将导叶的开度调整至防喘最小开度。不再执行降低制冷量，关小导叶开度的命令，使得运行更为可靠。

若是变频机组，可以利用导叶开度和转速联合调节压缩机吸气容积流量。具体的，上述方法还可以包括：判断机组当前运行负荷是否大于预设负荷；若是，通过电机转速调节压缩机的吸气容积流量，此时导叶全开；若否，通过电机转速和导叶联合调节压缩机的吸气容积流量。

当机组当前运行负荷较大时，通过电机转速即可完成压缩机吸气容积流量的调节。当机组当前运行负荷较小时，可通过电机转速与导叶联合调节。离心压缩机在运行过程中喘振问题不可避免，在工况变化时与转速配合快速调节导叶开度，可避免喘振，保证机组稳定运行，解决了现有技术在小负荷时为避免喘振会产生边关导叶边加转速的问题。

具体的，通过电机转速和导叶联合调节压缩机的吸气容积流量，包括：计算防喘最小转速值；降低电机转速；当电机转速降到防喘最小转速值时，计算目标制冷量与当前制冷量的差值，将差值作为导叶调节的参考制冷量；根据参考制冷量确定叶轮进口速度。然后基于上述S302至S303的步骤计算导叶的目标开度，关小导叶。

其中，可以按照机组内置的防喘振算法计算得到防喘最小转速值。转速与导叶联合调节，即先利用降低转速来分担一部分容积流量的调节，再利用导叶开度实现另一部分容积流量的调节。示例性的，当满负荷运转时，导叶全开，依靠电机转速调节吸气流量，当冷负荷减小时，电机转速减小，当降至防喘最小转速值，计算所需的导叶开度，并控制导叶开度减小。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种导叶开度控制装置，可以用于实现上述实施例所述的导叶开度控制方法。该装置可以通过软件和/或硬件实现，该装置一般可集成于机组控制器中。

图5是本发明实施例提供的导叶开度控制装置的结构框图，如图5所示，该装置包括：

第一确定模块51，用于根据目标制冷量确定压缩机的叶轮进口速度；

第二确定模块52，用于根据叶轮进口速度与导叶开度的关系确定目标开度；

调节模块53，用于将导叶的开度调节至目标开度。

可选的，第一确定模块51包括：

第一确定单元，用于根据目标制冷量确定进入压缩机的目标容积流量；

第二确定单元，用于根据目标容积流量和叶轮通流面积确定叶轮进口速度。

进一步的，第一确定单元具体用于：计算目标制冷量除以单位制冷量，得到目标质量流量；计算目标质量流量除以当前蒸发压力对应的气体密度，得到目标容积流量。

进一步的，第二确定单元具体用于：计算目标容积流量除以叶轮通流面积，得到叶轮进口速度。

可选的，第二确定模块52用于按照以下公式计算目标开度：

cosα＝C_m/C，

其中，α表示目标开度，C_m表示叶轮进口速度，C表示叶轮相对速度，C的取值为导叶全开时对应的叶轮进口速度。

可选的，上述装置还可以包括：

判断模块，用于在将导叶的开度调节至目标开度之前，判断目标开度是否小于防喘最小开度；

相应的，调节模块53还用于在判断结果为是的情况下，将导叶的开度调整至防喘最小开度。

可选的，若是变频机组，上述装置还可以包括：

控制模块，用于判断机组当前运行负荷是否大于预设负荷；若是，通过电机转速调节压缩机的吸气容积流量；若否，通过电机转速和导叶联合调节压缩机的吸气容积流量。

进一步的，控制模块具体用于：在判断结果为都的情况下，计算防喘最小转速值；降低电机转速；当电机转速降到防喘最小转速值时，计算目标制冷量与当前制冷量的差值，将差值作为导叶调节的参考制冷量；根据参考制冷量确定叶轮进口速度。

上述装置可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例提供的方法。

本发明实施例还提供一种空调机组，包括上述导叶开度控制装置。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例所述的导叶开度控制方法。

综上所述，本发明实施例的导叶开度控制方案，通过内置控制算法，根据压缩机负荷与容积流量的关系以及导叶开度与气流速度的关系实时计算出目标开度，根据工况实时精准快速地确定并调节导叶开度，避免喘振。相较于现有技术的简单粗放的调节方式，例如，水温升高，导叶开大，水温降低，导叶开小，本发明实施例利用目标制冷量、单位制冷量、叶轮进口速度等计算，实现导叶开度的精准调节。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种导叶开度控制方法，其特征在于，包括：

根据目标制冷量确定压缩机的叶轮进口速度；

根据所述叶轮进口速度与导叶开度的关系确定目标开度；

将导叶的开度调节至所述目标开度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据目标制冷量确定压缩机的叶轮进口速度，包括：

根据所述目标制冷量确定进入所述压缩机的目标容积流量；

根据所述目标容积流量和叶轮通流面积确定所述叶轮进口速度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述目标制冷量确定进入所述压缩机的目标容积流量，包括：

计算所述目标制冷量除以单位制冷量，得到目标质量流量；

计算所述目标质量流量除以当前蒸发压力对应的气体密度，得到所述目标容积流量。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述目标容积流量和叶轮通流面积确定所述叶轮进口速度，包括：

计算所述目标容积流量除以所述叶轮通流面积，得到所述叶轮进口速度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述叶轮进口速度与导叶开度的关系确定目标开度，包括：

按照以下公式计算所述目标开度：

cosα＝C_m/C，

其中，α表示目标开度，C_m表示叶轮进口速度，C表示叶轮相对速度，C的取值为导叶全开时对应的叶轮进口速度。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将导叶的开度调节至所述目标开度之前，还包括：

判断所述目标开度是否小于防喘最小开度；

若是，将所述导叶的开度调整至所述防喘最小开度。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若是变频机组，所述方法还包括：

判断机组当前运行负荷是否大于预设负荷；

若是，通过电机转速调节所述压缩机的吸气容积流量；

若否，通过电机转速和导叶联合调节所述压缩机的吸气容积流量。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过电机转速和导叶联合调节所述压缩机的吸气容积流量，包括：

计算防喘最小转速值；

降低电机转速；

当所述电机转速降到所述防喘最小转速值时，计算所述目标制冷量与当前制冷量的差值，将所述差值作为导叶调节的参考制冷量；

根据所述参考制冷量确定所述叶轮进口速度。

9.一种导叶开度控制装置，其特征在于，包括：

第一确定模块，用于根据目标制冷量确定压缩机的叶轮进口速度；

第二确定模块，用于根据所述叶轮进口速度与导叶开度的关系确定目标开度；

调节模块，用于将导叶的开度调节至所述目标开度。

10.一种空调机组，其特征在于，包括：权利要求9所述的导叶开度控制装置。

11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的方法。

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