CN111637056A - 涡旋回转式压缩机及其控制方法、空调器 - Google Patents

涡旋回转式压缩机及其控制方法、空调器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种涡旋回转式压缩机及其控制方法、空调器。其中的涡旋回转式压缩机，包括第一涡旋盘、第二涡旋盘，所述第一涡旋盘与所述第二涡旋盘以预设偏心距对插布置且两者之间偏心距相对错开180°，还包括液压动力系统，所述液压动力系统的压力流体能够分别驱动所述第一涡旋盘、所述第二涡旋盘的同向旋转。根据本发明的一种涡旋回转式压缩机及其控制方法、空调器，采用液压传动的方式驱动两个涡旋盘的同步同向旋转，传动过程中无摩擦磨损、传动效率高、旋转控制可靠性高，尤其适用于涡旋压缩机高速运行的工况。

Description

涡旋回转式压缩机及其控制方法、空调器
技术领域
本发明属于压缩机制造技术领域，具体涉及一种涡旋回转式压缩机及其控制方法、空调器。
背景技术
涡旋压缩机按其两涡旋盘运动方式的不同，可分为公转型和回转型两种。回转型涡旋压缩机定义为两个涡旋盘同步同方向绕自身旋转轴旋转，两个涡旋盘是几何参数完全相同的动涡旋，二者以一定偏心距相对错开180°对插布置。由于曲轴无偏心，无需考虑运转时的离心力平衡和离心力矩平衡，运转更加平稳。典型的实施方式为：由一个主动涡旋盘经过某种传动机构(联轴器、齿轮、齿形带等)实现同步同方向拖动从动涡旋盘工作的涡旋机械，但这种机械传动通常具有传动效率低、摩擦磨损大，当高速运行时的影响更为明显，基于现有技术中的这一缺陷提出本发明。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种涡旋回转式压缩机及其控制方法、空调器，采用液压传动的方式驱动两个涡旋盘的同步同向旋转，传动过程中无摩擦磨损、传动效率高、旋转控制可靠性高，尤其适用于涡旋压缩机高速运行的工况。
为了解决上述问题，本发明提供一种涡旋回转式压缩机，包括第一涡旋盘、第二涡旋盘，所述第一涡旋盘与所述第二涡旋盘以预设偏心距对插布置且两者角相位置相对错开180°，还包括液压动力系统，所述液压动力系统的压力流体能够分别驱动所述第一涡旋盘、所述第二涡旋盘的同向旋转。
优选地，所述第一涡旋盘背离所述第二涡旋盘的一侧设有第一旋转轴，所述第一旋转轴上设有第一叶轮，所述压力流体能够驱使所述第一叶轮绕所述第一旋转轴旋转；和/或，所述第二涡旋盘背离所述第一涡旋盘的一侧设有第二旋转轴，所述第二旋转轴上设有第二叶轮，所述压力流体能够驱使所述第二叶轮绕所述第二旋转轴旋转。
优选地，所述涡旋回转式压缩机还包括壳体，所述壳体内具有涡盘容纳腔、第一叶轮驱动腔、第二叶轮驱动腔，所述第一叶轮驱动腔的腔壁上构造由第一流体入口以及第一流体回流口，所述第二叶轮驱动腔的腔壁上构造由第二流体入口以及第二流体回流口。
优选地，所述第一流体入口连接有第一流体输入管，所述第一流体输入管上设有第一流体调节阀，所述第一流体调节阀的调节受控于所述第一叶轮的转速；和/或，所述第二流体入口连接有第二流体输入管，所述第二流体输入管上设有第二流体调节阀，所述第二流体调节阀的调节受控于所述第二叶轮的转速。
优选地，所述涡旋回转式压缩机还包括转速传感器，所述转速传感器至少具有两个，至少两个所述转速传感器分别获取所述第一叶轮、第二叶轮的实时转速；和/或，还包括压力传感器，所述压力传感器至少具有两个，至少两个所述压力传感器被分别设置在所述第一流体输入管、第二流体输入管上。
优选地，所述液压动力系统包括液压泵站，所述液压泵站具有供液管及回液管，所述第一流体回流口、第二流体回流口分别连接有第一流体回流管、第二流体回流管，所述第一流体回流管、第二流体回流管与所述回液管连接，所述第一流体输入管、第二流体输入管与所述供液管连接。
本发明还提供一种压缩机控制方法，用于控制上述的涡旋回转式压缩机，包括：
检测步骤，获取第一涡旋盘的实时转速nA及第二涡旋盘的实时转速nB、以及第一涡旋盘、第二涡旋盘的同步目标转速nX；
转速粗调步骤，控制所述液压动力系统的压力流体的压力和/或流量，使所述nA与nX、nB与nX分别满足第一误差阈值范围；
转速精调步骤，当所述nA及nB分别满足第一误差阈值范围时，保持所述第一涡旋盘的对应转速nY不变，并调节与所述第二涡旋盘对应的压力流体的压力和/或流量，使所述第二涡旋盘的实时转速nB与所述nY满足第二误差阈值范围；
其中，所述第二误差阈值范围小于所述第一误差阈值范围。
优选地，在所述转速精调步骤之后，
还包括：
第一涡旋盘转速状态确认步骤，获取算子i的数值，当i＝1时，停止对压力流体的压力和/或流量的调节。
优选地，
算子i的初始值为0，当nA与nX满足第一误差阈值范围时，更新算子i，使i＝1。
优选地，所述第一误差阈值范围为ε1，所述第二误差阈值范围为ε2，ε2≤ε1/10。
优选地，所述nA、nB、nX、nY与所述ε1、ε2之间具有如下关系：
Figure BDA0002518448080000031
本发明还提供一种空调器，包括压缩机，所述压缩机为上述的涡旋回转式压缩机。
本发明提供的一种涡旋回转式压缩机及其控制方法、空调器，采用液压动力系统的压力流体驱动所述第一涡旋盘及第二涡旋盘的同步同向旋转，可以实现对所述第一涡旋盘及第二涡旋盘的转速的无级调节，更重要的是，由于不再采用现有技术中的机械机构(例如齿轮啮合传动的方式)驱动，有效避免了机械机构驱动的摩擦磨损以及由此带来的能量损耗，传动效率以及旋转控制可靠性得到提升，尤其适用于涡旋压缩机高速运行的工况。
附图说明
图1为本发明实施例的涡旋回转式压缩机的结构示意图；
图2为本发明另一实施例的压缩机控制流程图。
附图标记表示为：
1、第一涡旋盘；11、第一旋转轴；12、第一叶轮；2、第二涡旋盘；21、第二旋转轴；22、第二叶轮；3、壳体；31、涡盘容纳腔；32、第一叶轮驱动腔；323、第一流体输入管；324、第一流体调节阀；325、第一流体回流管；33、第二叶轮驱动腔；333、第二流体输入管；334、第二流体调节阀；335、第二流体回流管；41、转速传感器；42、压力传感器；5、液压泵站；51、供液管；52、回液管。
具体实施方式
结合参见图1至图2所示，根据本发明的实施例，提供一种涡旋回转式压缩机，包括壳体3、第一涡旋盘1、第二涡旋盘2，所述第一涡旋盘1与所述第二涡旋盘2以预设偏心距对插布置且两者角相位置相对错开180°的被可旋转地支撑于所述壳体3内，还包括液压动力系统，所述液压动力系统的压力流体(例如液压油等压缩率小的流体)能够分别驱动所述第一涡旋盘1、所述第二涡旋盘2的同向旋转。该技术方案中，采用液压动力系统的压力流体驱动所述第一涡旋盘1及第二涡旋盘2的同步同向旋转，可以实现对所述第一涡旋盘1及第二涡旋盘2的转速的无级调节，更重要的是，由于不再采用现有技术中的机械机构(例如齿轮啮合传动的方式)驱动，有效避免了机械机构驱动的摩擦磨损以及由此带来的能量损耗，传动效率以及旋转控制可靠性得到提升，尤其适用于涡旋压缩机高速运行的工况，而可以理解的是，由于采用了液压动力系统杜绝了现有技术中机械传动的接触磨损，进而使压缩机的整体寿命得到提升。
进一步地，所述第一涡旋盘1背离所述第二涡旋盘2的一侧设有第一旋转轴11，所述第一旋转轴11上设有第一叶轮12，所述压力流体能够驱使所述第一叶轮12绕所述第一旋转轴11旋转；和/或，所述第二涡旋盘2背离所述第一涡旋盘1的一侧设有第二旋转轴21，所述第二旋转轴21上设有第二叶轮22，所述压力流体能够驱使所述第二叶轮22绕所述第二旋转轴21旋转，由此所述液压动力系统的压力流体能够通过各种方式被引导至所述第一叶轮12或者第二叶轮22处，进而为所述第一涡旋盘1及第二涡旋盘2的旋转提供驱动力。
所述壳体3内具有涡盘容纳腔31、第一叶轮驱动腔32、第二叶轮驱动腔33，三个腔体被合理的设置并彼此相对密封，其中所述涡盘容纳腔31处于所述第一叶轮驱动腔32与所述第二叶轮驱动腔33之间的位置，所述第一叶轮12及第二叶轮22则分别处于所述第一叶轮驱动腔32及第二叶轮驱动腔33内，所述第一叶轮驱动腔32的腔壁上构造由第一流体入口以及第一流体回流口，所述第二叶轮驱动腔33的腔壁上构造由第二流体入口以及第二流体回流口，以与所述液压动力系统的压力流体形成液压循环。进一步地，所述第一流体入口连接有第一流体输入管323，所述第一流体输入管323上设有第一流体调节阀324，所述第一流体调节阀324的调节受控于所述第一叶轮12的转速；和/或，所述第二流体入口连接有第二流体输入管333，所述第二流体输入管333上设有第二流体调节阀334，所述第二流体调节阀334的调节受控于所述第二叶轮22的转速。所述第一流体调节阀324以及所述第二流体调节阀334的具体类型可根据设计需求进行合理选择，例如当调节量为压力流体的流量时，则对应选择为流量阀，当调节量为压力流体的压力时，则对应选择为压力阀即可，而可以理解的是，液压系统的流量和或压力的调节还可以通过调节流体泵送部件或者增压部件(例如液压泵)的排量或者转速予以实现，而本申请中则优选采用前述第一流体调节阀324、第二流体调节阀334对流体的流量和或压力进行调节，而由于所述第一流体调节阀324、第二流体调节阀334分别针对所述第一叶轮驱动腔32以及第二叶轮驱动腔33设置，能够更为精确的对第一叶轮12以及第二叶轮22的转速调节。
所述涡旋回转式压缩机还包括转速传感器41，所述转速传感器41至少具有两个，至少两个所述转速传感器41分别获取所述第一叶轮12、第二叶轮22的实时转速，相应的控制系统将依据获取的所述实时转速对所述第一流体调节阀324以及第二流体调节阀334的开度进行调节，进而保证所述第一涡旋盘1及第二涡旋盘2的转速稳定性；和/或，还包括压力传感器42，所述压力传感器42至少具有两个，至少两个所述压力传感器42被分别设置在所述第一流体输入管323、第二流体输入管333上，能够更加直观的观测相应的压力流体的实时压力，便于故障的诊断，进一步地，如转速传感器41的设置目的，所述压力传感器42的设置可以采集相应的流体压力进而对所述第一流体调节阀324以及第二流体调节阀334的开度进行调节。
作为所述液压动力系统的一种具体实施方式，优选地，所述液压动力系统包括液压泵站5，所述液压泵站5具有供液管51及回液管52，所述第一流体回流口、第二流体回流口分别连接有第一流体回流管325、第二流体回流管335，所述第一流体回流管325、第二流体回流管335与所述回液管52连接，所述第一流体输入管323、第二流体输入管333与所述供液管51连接，该技术方案中，将所述第一流体输入管323、第二流体输入管333与所述供液管51贯通，将所述第一流体回流管325、第二流体回流管335与所述回液管52贯通能够保证所述第一叶轮驱动腔32与所述第二叶轮驱动腔33的进出压力差的一致性，进而能够提升涡旋盘的转速调整效率。
根据本发明的具体实施方式，还提供一种压缩机控制方法，用于控制上述的涡旋回转式压缩机，包括：
检测步骤，获取第一涡旋盘1的实时转速nA及第二涡旋盘2的实时转速nB、以及第一涡旋盘1、第二涡旋盘2的同步目标转速nX；
转速粗调步骤，控制所述液压动力系统的压力流体的压力和/或流量，使所述nA与nX、nB与nX分别满足第一误差阈值范围；
转速精调步骤，当所述nA及nB分别满足第一误差阈值范围时，保持所述第一涡旋盘1的对应转速nY不变，并调节与所述第二涡旋盘2对应的压力流体的压力和/或流量，使所述第二涡旋盘2的实时转速nB与所述nY满足第二误差阈值范围；其中，所述第二误差阈值范围小于所述第一误差阈值范围。
该技术方案中，涡旋盘转速的调整被分成两个阶段也即前述的转速粗调步骤阶段、精调步骤阶段，从而能够利用粗调方式将所述第一涡旋盘1及第二涡旋盘2的转速快速的同步到满足第一误差阈值范围的转速上，此时的第一误差阈值范围可以选择的较为宽泛，以使第一涡旋盘1及第二涡旋盘2的转速能够快速达到相应的数值，而可以理解的，此时的同步精度受所述第一误差阈值范围的影响，两者的实际转速同步性较差，但皆处于同步目标转速nX的附近，此时以第一涡旋盘1及第二涡旋盘2中的任一转速例如第一涡旋盘1的转速nY为调节基准，也即在保持所述第一涡旋盘1的对应转速nY不变的前提下调节与所述第二涡旋盘2对应的压力流体的压力和/或流量，使所述第二涡旋盘2的实时转速nB与所述nY满足第二误差阈值范围，也即前述的转速精调步骤，而由于所述第二误差阈值范围小于所述第一误差阈值范围，从而进一步提升了第一涡旋盘1及第二涡旋盘2的同步性，理论上，第二误差阈值范围越小，则最终两者转速的同步性越好。
进一步地，在所述转速精调步骤之后，还包括：第一涡旋盘转速状态确认步骤，获取算子i的数值，当i＝1时，停止对压力流体的压力和/或流量的调节，转速调节结束。具体的，算子i的初始值为0，当nA与nX满足第一误差阈值范围时，更新算子i，使i＝1，该技术方案中，通过算子i的数值对第一涡旋盘转速状态予以确认，防止所述第一涡旋盘由于突发状况未能达到目标值(或者未运行)而转速参数所赋初值导致相应的逻辑判断失误的现象发生。
优选地，所述第一误差阈值范围为ε1，所述第二误差阈值范围为ε2，ε2≤ε1/10。也即，所述第一误差阈值范围的精度至少应低于所述第二误差阈值范围一个数量级，以保证整个转速的调节效率以及精度的提升。
所述nA、nB、nX、nY与所述ε1、ε2之间的比较关系可以是多样的，例如|nX-nA|≤ε1，
Figure BDA0002518448080000061
(ε2与ε1同理)，其中，|nX-nA|≤ε1只能把转速控制在目标值的一定绝对值范围内，目标值低时控制精度低，目标值高时控制精度又过高，对于本控制策略思路并不完全合适，
Figure BDA0002518448080000062
对转速绝对值的控制与目标转速相关，保证全速度范围的控制精度，而优选地，所述nA、nB、nX、nY与所述ε1、ε2之间具有如下关系：
Figure BDA0002518448080000071
采用此种比较关系，适应性更广，控制精度与本策略控制目标一致，较前述的|nX-nA|≤ε1、
Figure BDA0002518448080000072
更优。
以下结合图2对本发明中的控制方法进一步进行说明。
为实现两个涡旋盘快速并稳定绕自身旋转轴同步同方向旋转，如图2所示，目标转速nX为设定转速，阀门开度φA、φB初始值为任意固定值，监控转速nA、nB由对应于第一叶轮12、第二叶轮22的转速传感器分别写入，输出转速nY初始值等于目标转速，之后被满足判据时的监控转速nA更新覆盖，算子i初始值为0。限制阈值ε2不大于限制阈值ε1的十分之一，且限制阈值ε1、限制阈值ε2可根据控制精度调整。
算子i目的在于判定nA转速已达成稳定，nY被刷新，即为是；算子i的作用在于防止因nY初始值导致的逻辑错误，举例如下：nX值设定为100，则nY初始值为100，算子i初始值为0；假设nA因故障未启动，nB正常调节至100，针对第一涡旋盘1相应判据判定为否、第二涡旋盘2的相应判据判定为是，若无i＝1的判定，则流程正常结束(针对第二涡旋盘2的控制流程正常结束)，此时虽判定为否，但程序无法察觉异常，无法达到控制目标。因本发明中有对于i＝1是否满足的判定，对于上述此情况，因判定为否，则nY和i未被刷新，均为初始值，即nY＝100、i＝0，不满足i＝1，返回调节nA，有效防止上述错误流程。
运行控制流程简要说明：输入目标转速nX后阀门(第一流体调节阀324及第二流体调节阀334)开度φA、φB并行调整，监控转速nA、nB分别与目标转速nX差比判定，通过反馈机制分别调整阀门开度，直至满足控制判据
Figure BDA0002518448080000073
判定第一涡旋盘1、第二涡旋盘2的转速快速达到目标转速nX附近，将输出转速nY覆盖为满足控制目标下的第一涡旋盘的转速nA，更新算子i＝1；再将监控转速nB与输出转速nY差比判定，通过反馈机制调整阀门开度φB(第二流体调节阀334)，直至满足控制判据，判定监控转速nA、nB转速稳定同步。因ε2≤ε1/10，对于旋转部件的转速同步控制精度更高，最后，逻辑判据i＝1用于校验程序运行正确性，防止因第一涡旋盘1转速响应过长，出现第一涡旋盘1及第二涡旋盘2转速同步但未达到控制目标的错误。
根据本发明实施例，还提供一种空调器，包括压缩机，所述压缩机为上述的涡旋回转式压缩机。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种涡旋回转式压缩机，其特征在于，包括第一涡旋盘(1)、第二涡旋盘(2)，所述第一涡旋盘(1)与所述第二涡旋盘(2)以预设偏心距对插布置且两者角相位置相对错开180°，还包括液压动力系统，所述液压动力系统的压力流体能够分别驱动所述第一涡旋盘(1)、所述第二涡旋盘(2)的同向旋转。
2.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述第一涡旋盘(1)背离所述第二涡旋盘(2)的一侧设有第一旋转轴(11)，所述第一旋转轴(11)上设有第一叶轮(12)，所述压力流体能够驱使所述第一叶轮(12)绕所述第一旋转轴(11)旋转；和/或，所述第二涡旋盘(2)背离所述第一涡旋盘(1)的一侧设有第二旋转轴(21)，所述第二旋转轴(21)上设有第二叶轮(22)，所述压力流体能够驱使所述第二叶轮(22)绕所述第二旋转轴(21)旋转。
3.根据权利要求2所述的压缩机，其特征在于，还包括壳体(3)，所述壳体(3)内具有涡盘容纳腔(31)、第一叶轮驱动腔(32)、第二叶轮驱动腔(33)，所述第一叶轮驱动腔(32)的腔壁上构造由第一流体入口以及第一流体回流口，所述第二叶轮驱动腔(33)的腔壁上构造由第二流体入口以及第二流体回流口。
4.根据权利要求3所述的压缩机，其特征在于，所述第一流体入口连接有第一流体输入管(323)，所述第一流体输入管(323)上设有第一流体调节阀(324)，所述第一流体调节阀(324)的调节受控于所述第一叶轮(12)的转速；和/或，所述第二流体入口连接有第二流体输入管(333)，所述第二流体输入管(333)上设有第二流体调节阀(334)，所述第二流体调节阀(334)的调节受控于所述第二叶轮(22)的转速。
5.根据权利要求4所述的压缩机，其特征在于，还包括转速传感器(41)，所述转速传感器(41)至少具有两个，至少两个所述转速传感器(41)分别获取所述第一叶轮(12)、第二叶轮(22)的实时转速；和/或，还包括压力传感器(42)，所述压力传感器(42)至少具有两个，至少两个所述压力传感器(42)被分别设置在所述第一流体输入管(323)、第二流体输入管(333)上。
6.根据权利要求4所述的压缩机，其特征在于，所述液压动力系统包括液压泵站(5)，所述液压泵站(5)具有供液管(51)及回液管(52)，所述第一流体回流口、第二流体回流口分别连接有第一流体回流管(325)、第二流体回流管(335)，所述第一流体回流管(325)、第二流体回流管(335)与所述回液管(52)连接，所述第一流体输入管(323)、第二流体输入管(333)与所述供液管(51)连接。
7.一种压缩机控制方法，用于控制如权利要求1至6中任一项所述的涡旋回转式压缩机，其特征在于，包括：
检测步骤，获取第一涡旋盘(1)的实时转速nA及第二涡旋盘(2)的实时转速nB、以及第一涡旋盘(1)、第二涡旋盘(2)的同步目标转速nX；
转速粗调步骤，控制所述液压动力系统的压力流体的压力和/或流量，使所述nA与nX、nB与nX分别满足第一误差阈值范围；
转速精调步骤，当所述nA及nB分别满足第一误差阈值范围时，保持所述第一涡旋盘(1)的对应转速nY不变，并调节与所述第二涡旋盘(2)对应的压力流体的压力和/或流量，使所述第二涡旋盘(2)的实时转速nB与所述nY满足第二误差阈值范围；
其中，所述第二误差阈值范围小于所述第一误差阈值范围。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，在所述转速精调步骤之后，
还包括：
第一涡旋盘转速状态确认步骤，获取算子i的数值，当i＝1时，停止对压力流体的压力和/或流量的调节。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，
算子i的初始值为0，当nA与nX满足第一误差阈值范围时，更新算子i，使i＝1。
10.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，
所述第一误差阈值范围为ε1，所述第二误差阈值范围为ε2，ε2≤ε1/10。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，
所述nA、nB、nX、nY与所述ε1、ε2之间具有如下关系：
Figure FDA0002518448070000021
12.一种空调器，包括压缩机，其特征在于，所述压缩机为权利要求1至6中任一项所述的涡旋回转式压缩机。
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