CN112384701B - 经由主动阀控制的用于压缩机操作范围扩展的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种示例性压缩机系统包括具有流体入口和流体出口的压缩机。隔离阀将压缩机的流体出口连接到冷凝器。控制器通信地联接到隔离阀和压缩机。控制器包括存储指令的存储器，该指令配置成引起控制器检测喘振事件和喘振事件前兆中的一个并且限制隔离阀中的开口作为响应。

Description

经由主动阀控制的用于压缩机操作范围扩展的方法和系统
技术领域
本公开大体上涉及压缩机系统，并且更特别地涉及使用主动控制阀用于扩展压缩机系统的操作范围的方法和系统。
相关申请的交叉引用
本申请请求享有2019年5月14日提交的申请号为62/847363的美国临时申请的优先权。
背景技术
压缩机系统(诸如在空气调节和制冷系统中使用的那些)使用压缩机来压缩冷却剂。压缩的冷却剂被提供到冷凝器，该冷凝器冷凝冷却剂并且将冷却剂提供到冷却系统和蒸发器。当冷却剂通过冷却系统和蒸发器时，冷却剂膨胀并且得到热量。一旦通过冷却系统和蒸发器，用过的制冷剂往回提供到压缩机的入口。
压缩机的操作大体上由压缩机负载和温度限制，该负载和温度决定压缩机的阻塞参数和喘振参数。在阻塞和喘振之间的操作的范围被称为压缩机的操作范围并且限定了压缩机系统的有效操作。
发明内容
一种用于扩展压缩机系统的操作范围的示例性方法包括检测喘振事件和喘振事件前兆中的一个，并且限制进入冷凝器的流作为响应。
在以上所描述的用于扩展压缩机的操作范围的示例性方法的另一个示例中，限制进入冷凝器的流包括限制主动控制阀直到喘振事件和喘振事件前兆中的一个停止。
以上所描述的用于扩展压缩机的操作范围的示例性方法中的任何一种的另一个示例进一步包括：至少在预先限定的时段内维持主动控制阀的受限制的状态。
以上所描述的用于扩展压缩机的操作范围的示例性方法中的任何一种的另一个示例进一步包括：监测压缩机输出以及响应于检测到缺乏喘振事件和喘振事件前兆而减少在主动控制阀上的限制。
以上所描述的用于扩展压缩机的操作范围的示例性方法中的任何一种的另一个示例进一步包括：根据反馈循环调整主动控制阀的状态使得主动控制阀的受限制的状态将压缩机操作点直接维持在喘振线以下。
在以上所描述的用于扩展压缩机的操作范围的示例性方法中的任何一种的另一个示例中，主动控制阀将压缩机的输出连接到冷凝器的输入。
在以上所描述的用于扩展压缩机的操作范围的示例性方法中的任何一种的另一个示例中，压缩机为离心压缩机。
在一个示例性实施例中，压缩机系统包括：包括流体入口和流体出口的压缩机；将压缩机的流体出口连接到冷凝器的隔离阀；以及通信地联接到隔离阀和压缩机的控制器，该控制器包括存储指令的存储器，该指令配置成引起控制器检测喘振事件和喘振事件前兆中的一个并且限制隔离阀中的开口作为响应。
在以上所描述的压缩机系统的另一个示例中，压缩机为离心压缩机。
以上所描述的压缩机系统中的任何一个的另一个示例进一步包括：将冷凝器的输出连接到冷却系统的节流阀。
在以上所描述的压缩机系统中的任何一个的另一个示例中，冷却系统的输出经由蒸发器连接到压缩机的流体入口。
在以上所描述的压缩机系统中的任何一个的另一个示例中，限制进入冷凝器的流包括限制隔离阀直到喘振事件和喘振事件前兆中的一个停止。
在以上所描述的压缩机系统中的任何一个的另一个示例中，隔离阀为主动控制阀。
在以上所描述的压缩机系统中的任何一个的另一个示例中，存储器进一步存储配置成引起控制器至少在预先限定的时段内维持隔离阀的受限制的状态的指令。
在以上所描述的压缩机系统的任何一个的另一个示例中，存储器进一步存储配置成引起控制器监测压缩机输出以及响应于检测到缺乏喘振事件和喘振事件前兆而减少在隔离阀上的限制的指令。
在以上所描述的压缩机系统的任何一个的另一个示例中，存储器进一步存储配置成引起控制器根据反馈循环调整主动控制阀的状态使得主动控制阀的受限制的状态将压缩机操作点直接维持在喘振线以下的指令。
本发明的这些和其他特征可从后面的说明书和附图得到最好的理解，下面是简要描述。
附图说明
图1示出了高度示意性的压缩机系统。
图2为示出高度示意性的压缩机系统的操作范围的图。
图3示意性地示出了用于增加图1的示意性压缩机系统的操作范围的过程。
具体实施方式
图1示出了高度示意性的压缩机系统10，该压缩机系统包括压缩机20。压缩机20经由主动控制阀22流体地连接到冷凝器30。如在本文中所使用的那样，主动控制阀指一种阀，其状态可经由控制器控制，并且能够动态地保持在完全打开和完全关闭之间的多个状态中。冷凝器30经由节流阀32流体地连接到冷却系统40。冷却系统40的输出被提供到蒸发器50，该蒸发器进一步转换来自冷却系统40的用过的制冷剂。蒸发的制冷剂往回提供到压缩机20，该压缩机重新压缩流体，从而允许循环继续。
控制器60连接到主动控制阀22并且控制该主动控制阀22的开/关状态。控制器60可为配置成控制主动控制阀22的状态的任何已知的控制器类型。控制器60进一步包括连接到压缩机20的通信线24。通信线24允许控制器60与压缩机20内的传感器通信。在一些示例中，通信线24进一步允许控制器60控制压缩机20的操作。虽然在本文中示出为单个通信线24，应当理解的是，在实际的实施方案中，通信线24可为任何数量的电通信连接。
在一些示例中，控制器60为专用的压缩机系统控制器。在备选示例中，控制器60是配置成控制主动控制阀22和压缩机20以及其之外的多个附加系统的通用控制器。
压缩机20为离心压缩机并且包括限定压缩机系统10的有效操作的操作范围。示例性操作范围100在图2中示出，并且包括限定操作条件(温度相对于负载)的喘振线102，在该喘振线以上将在压缩机内产生喘振。该操作条件为喘振线102以上的区域。操作范围100还示出了阻碍点104，在该阻碍点处将在压缩机20内产生阻塞。当压缩机在低排出压力和非常高的流率下操作时产生阻塞，并且导致系统到达最大流率。
当系统10的温度和负载超过喘振线102时，喘振开始产生，这可导致系统10中的不稳定性。该不稳定性可导致振动、可听见的噪音，以及对构件的潜在损坏。在本领域中，喘振检测系统是常规的并且可使用其来检测喘振事件何时开始产生。在备选示例中，采用了喘振检测系统，该喘振检测系统可检测引起喘振的条件和可被响应的前兆，从而完全地避免喘振条件的开始。
系统的操作点指当前的温度和压缩机输出的负载，并且被表示为喘振线102上的点106，其中纵轴(T)为温度并且横轴(负载)为由压缩机20承受的负载。当温度升高或负载减少时，操作点106相对于喘振线102移动。如果操作点106移动到喘振线102以上，发生喘振并且负面地影响压缩机系统10的功能。喘振线102以下和阻碍点104以左的区域被称为压缩机系统10的操作范围。
在示例性系统10(在图1中示出)中，由压缩机20承受的负载至少部分地由冷凝器30的容积和进入冷凝器30中的流率来确定。限制主动控制阀22通过限制进入冷凝器30的流率增加了由压缩机承受的负载而不改变冷凝器的容积。这被称为人为地增加负载。
继续参考图1和图2，图3示意性地示出了用于通过调整主动控制阀22来响应检测到的喘振事件的过程200。最初，控制器60经由任何已知的喘振检测方案在“检测喘振”步骤210中检测喘振条件的开始。备选地，控制器60可检测喘振事件的前兆并且响应于该前兆而不是事件本身。
一旦检测到，在“限制主动控制阀”步骤220中，控制器60引起主动控制阀22开始限制。通过限制主动控制阀22，人为地增加了由压缩机承受的负载，这将压缩机系统10的操作点移动到操作范围100上的右方。该移动使喘振线上升，从而将操作点往回移动到喘振线102以下，从而防止喘振产生或使喘振停止产生。在限制主动控制阀22的过程期间，控制器60经由通信线24监测压缩机参数并且可检测喘振条件或喘振前兆何时停止产生。
在“保持阀位置”步骤240中，一旦喘振条件或喘振前兆停止产生，控制器60引起主动控制阀保持在当前状态。在一些示例中，控制器60可随着时间从检测到的喘振条件流逝而周期性地或逐渐地重新打开主动控制阀22。在备选示例中，当检测到喘振条件或前兆时，控制器60停止重新打开主动控制阀。
进一步参考以上所描述的且在图3中示出的过程，另一个备选示例可包括对主动控制阀22的连续监测和调整。在该示例中，使用了反馈控制循环来保持操作点106与喘振线尽可能贴近，同时不允许操作点106越过喘振线102以上。维持操作点106与喘振线尽可能贴近而不越过喘振线102提供了用于将压缩机系统10的良好操作范围统一起来的提高的能力。
还应理解，上述概念中的任一者可单独使用或与其他上述概念中的任一者或全部组合使用。尽管已经公开了此发明的实施例，但是本领域普通技术人员将认识到某些修改将落入此发明的范围内。因此，应研究后面的权利要求书以确定此发明的真实范围和内容。

Claims (7)

1.一种用于扩展压缩机系统的操作范围的方法，包括：
检测喘振事件和喘振事件前兆中的一个，
其特征在于：
所述方法包括：
响应于检测喘振事件和喘振事件前兆中的一个限制进入冷凝器的流，其中限制进入所述冷凝器的流包括限制主动控制阀直到所述喘振事件和所述喘振事件前兆中的所述一个停止；
监测压缩机输出以及响应于检测到缺乏所述喘振事件和所述喘振事件前兆而减少在所述主动控制阀上的限制；且
根据反馈循环调整所述主动控制阀的状态使得所述主动控制阀的受限制的状态将压缩机操作点直接维持在喘振线以下。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括至少在预先限定的时段内维持所述主动控制阀的受限制的状态。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主动控制阀将压缩机的输出连接到所述冷凝器的输入。
4.一种压缩机系统，包括：
压缩机，所述压缩机包括流体入口和流体出口，其中，所述压缩机为离心压缩机；
隔离阀，所述隔离阀将所述压缩机的所述流体出口连接到冷凝器；
其特征在于：
所述压缩机系统包括：
控制器，所述控制器通信地联接到所述隔离阀和所述压缩机，所述控制器包括存储指令的存储器，所述指令配置成引起所述控制器：
检测喘振事件和喘振事件前兆中的一个并且限制所述隔离阀中的开口作为响应；
监测压缩机输出以及响应于检测到缺乏所述喘振事件和所述喘振事件前兆而减少在所述隔离阀上的限制的指令；且
根据反馈循环调整所述隔离阀的状态使得所述隔离阀的受限制的状态将压缩机操作点直接维持在喘振线以下的指令，
其中：
所述隔离阀为主动控制阀；且
限制进入所述冷凝器的流包括限制所述隔离阀直到所述喘振事件和所述喘振事件前兆中的所述一个停止。
5.根据权利要求4所述的压缩机系统，其特征在于，所述压缩机系统进一步包括将所述冷凝器的输出连接到冷却系统的节流阀。
6.根据权利要求5所述的压缩机系统，其特征在于，所述冷却系统的输出经由蒸发器连接到所述压缩机的所述流体入口。
7.根据权利要求4所述的压缩机系统，其特征在于，所述存储器进一步存储配置成引起所述控制器至少在预先限定的时段内维持所述隔离阀的受限制的状态的指令。
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