CN112943692A - 具有补气管的压缩机、空调机组及压缩机的控制方法 - Google Patents

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CN112943692A CN201911261982.9A CN201911261982A CN112943692A CN 112943692 A CN112943692 A CN 112943692A CN 201911261982 A CN201911261982 A CN 201911261982A CN 112943692 A CN112943692 A CN 112943692A
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Abstract

本发明公开了一种具有补气管的压缩机、空调机组及压缩机的控制方法，其中，压缩机包括吸气管和排气管，压缩机还包括补气管，补气管的第一端与排气管连通，补气管的第二端与吸气管连通，补气管上设置有调节阀。本发明的具有补气管的压缩机、空调机组及压缩机的控制方法能够有效地解决现有技术中的压缩机的结构设置导致压缩机性能下降、空调机组性能低的问题。

Description

具有补气管的压缩机、空调机组及压缩机的控制方法
技术领域
本发明涉及空调设备技术领域，具体而言，涉及一种具有补气管的压缩机、空调机组及压缩机的控制方法。
背景技术
常见的空调机组的制冷系统由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀机构组成，各元件之间由管道连接，蒸发器与压缩机连接的管道为吸气管，冷凝器与压缩机连接的管道为排气管。
现有技术中，吸气管吸气温度低，可能存在以下问题：1)吸气管内出现冷凝现象，使得进入压缩机的制冷剂含有液滴，导致压缩机内流动情况恶化，出现旋转脱离、喘振等现象，导致压缩机性能下降；2)压缩机的压比增大，压缩机效率降低；3)变工况时调节能力变弱，系统性能系数降低。
排气管性能也会影响到压缩机的性能，排气管内气体流速过快，会产生边界层分离而形成涡流，引起振动。排气管的振动会导致与排气管相连的部件松动，轻则引起泄露，重则引起零件的疲劳破坏，降低整个制冷机组的安全性和使用寿命。除此之外，排气管的振动还会导致机组运行时的噪声增大，影响机组性能。
综上所述，现有技术中的压缩机的结构设置导致压缩机性能下降、空调机组性能低。
发明内容
本发明实施例中提供一种具有补气管的压缩机、空调机组及压缩机的控制方法，以解决现有技术中的压缩机的结构设置导致压缩机性能下降、空调机组性能低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种压缩机，包括吸气管和排气管，还包括补气管，补气管的第一端与排气管连通，补气管的第二端与吸气管连通，补气管上设置有调节阀。
进一步地，补气管第一端的高度位置等于或者高于补气管第二端的高度位置。
进一步地，补气管的第二端靠近吸气管入口处设置。
进一步地，吸气管内壁上设置有温度传感器，温度传感器与补气管的第二端对应设置；压缩机还包括控制器，控制器与调节阀电连接，控制器与温度传感器电连接。
进一步地，补气管的直径根据压缩机所在的机组制冷量进行设置。
进一步地，吸气管的内部和排气管内部均设置有导流肋片。
进一步地，压缩机的本体、吸气管和排气管的外壁均包覆有绝热材料层。
进一步地，吸气管具有弯折部，吸气管通过弯折部将沿压缩机径向流动的气流转为沿压缩机轴向流动；弯折部的曲率半径r满足一下条件：r≤2-3d，其中，d为吸气管的直径。
进一步地，压缩机所使用的制冷剂包括以下中的任一种：水蒸气，R134A，R1233zd(E)。
根据本发明的另一个方面，提供了一种空调机组，包括权上述的压缩机。
根据本发明的另一个方面，提供了一种压缩机的控制方法，压缩机为是述的压缩机，包括以下步骤：步骤S1：获取压缩机的吸气管内的温度值；步骤S2：根据所述温度值得出压缩机的吸气管的温度平均值，计算表征压缩机的吸气管的变化趋势量；步骤S3：根据所述变化趋势量，计算得出补气管的流量值；步骤S4：根据所述补气管的流量值，调整所述调节阀的开度值。
进一步地，所述步骤S2包括以下步骤：表征压缩机的吸气管的变化趋势量Δt通过以下公式得出：t-td＝Δt，其中，t为预定时间内压缩机的吸气管内的温度平均值，td为压缩机的基准工况下的设定温度值。
进一步地，所述步骤S3包括以下步骤：所述补气管的流量值Y通过以下公式计算得出：
Figure BDA0002311827520000021
其中，A为截面积；k为经验系数；P为压力；ρ为密度。
进一步地，所述步骤S4包括以下步骤：将所述补气管的流量值匹配到预设数据库中；得出预设数据库中所述补气管的流量值所对应的调节阀的开度值；发送指令给压缩机的调节阀开至目标开度值。
根据本发明的另一个方面，提供了一种压缩机的控制方法，所述压缩机为上述的压缩机，包括以下步骤：步骤S1：获取压缩机的排气管内的温度值；步骤S2：根据所述温度值得出压缩机排气管的温度平均值，计算表征压缩机的排气管的变化趋势量；步骤S3：根据所述变化趋势量，计算得出所述补气管的流量值；步骤S4：根据所述补气管的流量值，调整所述调节阀的开度值。
进一步地，所述步骤S2包括以下步骤：表征压缩机的排气管的变化趋势量Δt通过以下公式得出：t-td＝Δt，其中，t为预定时间内压缩机的排气管内的温度平均值，td为压缩机的基准工况下的设定温度值。
进一步地，所述步骤S3包括以下步骤：所述补气管的流量值Y通过以下公式计算得出：
Figure BDA0002311827520000031
其中，A为补气管截面积；k为经验系数；P为补气管内压力；ρ为补气管内冷媒密度。
进一步地，所述步骤S4包括以下步骤：将所述补气管的流量值匹配到预设数据库中；得出预设数据库中所述补气管的流量值所对应的调节阀的开度值；发送指令给压缩机的调节阀开至目标开度值。
压缩机压缩后的制冷剂进入排气管后分为两路，一路从排气管出口输出到冷凝器中，另一路通过补气管流到吸气管中，其目的是将吸气管与排气管内制冷剂进行冷热交换，避免因制冷剂略多或者设定温度低而引起的冷凝现象，使吸气温度升高，解决了吸气温度低带来的诸多问题。而且，一部分排气通过补气管流到吸气管中后，使排气温度降低，排气流速降低，降低了排气管的振动，并解决了排气管振动所引发的一系列问题，以达到提高压缩机性能、提升空调机组效率、降低能量消耗的效果。而且在补气管上设置了调节阀，可以通过吸气温度来控制补气管打开、关闭或者开度，或者通过排气管的温度、流速来控制调节阀，可以更加精确地提升吸气温度、降低排气温度、降低排气流速等，更有利于提升压缩机性能，有利于提升空调机组效率。
附图说明
图1是本发明实施例的压缩机的结构示意图。
图2是本发明实施例的空调机组的结构示意图。
图3是本发明一个实施例的压缩机的控制方法的流程示意图。
图4是本发明另一个实施例的压缩机的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
参见图1和图2所示，根据本发明的实施例，提供了一种压缩机结构，压缩机结构可以是离心式压缩机、螺杆式压缩机等。具有补气管的压缩机包括吸气管11、排气管12以及补气管13，补气管13的第一端与排气管12连通，补气管13的第二端与吸气管11连通，补气管13上设置有调节阀14。
压缩机压缩后的制冷剂进入排气管后分为两路，一路从排气管出口输出到冷凝器中，另一路通过补气管流到吸气管中，其目的是将吸气管与排气管内制冷剂进行冷热交换，避免因制冷剂略多或者设定温度低而引起的冷凝现象，使吸气温度升高，解决了吸气温度低带来的诸多问题。而且，一部分排气通过补气管流到吸气管中后，使排气温度降低，排气流速降低，降低了排气管的振动，并解决了排气管振动所引发的一系列问题，以达到提高压缩机性能、提升空调机组效率、降低能量消耗的效果。而且在补气管上设置了调节阀，可以通过吸气温度来控制补气管打开、关闭或者开度，或者通过排气管的温度、流速来控制调节阀，可以更加精确地提升吸气温度、降低排气温度、降低排气流速等，更有利于提升压缩机性能，有利于提升空调机组效率。
优选地，补气管13第一端的高度位置等于或者高于补气管13第二端的高度位置，这样结构设置可以保证补气管内流动平缓。补气管13的第二端靠近吸气管11入口处设置，使得压缩机入口处制冷剂的速度、压力分布更加均匀。
吸气管11内壁上设置有温度传感器，温度传感器与补气管13的第二端对应设置；所述压缩机还包括控制器，所述控制器与所述调节阀14电连接，所述控制器与所述温度传感器电连接，控制器根据压缩机的吸气温度控制调节阀14的开关及开度。为了监测吸气管补气结构的运行情况，需要在吸气管内壁面上布置温度传感器，如热电偶，以对吸气管内部的温度进行监控。热电偶布置2-6个为宜，太少测量效果不佳，太多造成成本浪费。
补气管13的直径根据压缩机所在的机组制冷量进行设置。制冷量小的机组，补气管直径小，制冷量大的机组，补气管直径大。
压缩机的吸气管11的内部和排气管12内部均设置有导流肋片，以改善气体流动情况。
压缩机的本体、吸气管11和排气管12的外壁均包覆有绝热材料层。在压缩机、吸气管和排气管的外壁包覆海绵等绝热材料，可以减少制冷剂与环境的热交换，减少热量损失。
设计吸气管时应尽量减小气体的流动损失，避免出现气体局部降速和分离，使吸气管出口气流均匀，保证压缩机进口处有均匀的速度场和压力场。吸气管径向进气，在吸气管中转为轴向进入压缩机，气流由径向转为轴向时，易引起压缩机进口流场不均匀，增大吸气管曲率半径，使气流速度略有增大，可以改善气体流动情况，而曲率半径太大会增大压缩机系统体积，因此本发明进行了结构改进：
参见图1，吸气管11具有弯折部111，吸气管11通过弯折部111将沿压缩机径向流动的气流转为沿压缩机轴向流动；弯折部111的曲率半径r满足一下条件：r≤2-3d，其中，d为吸气管11的直径。
所述压缩机所使用的制冷剂包括以下中的任一种：水蒸气，R134A，R1233zd(E)。其中，使用水蒸气作为制冷剂时，机组中与水蒸气直接接触的各元件使用的材料需具有耐腐蚀、耐磨损、耐热、耐振等特性。
本发明提供了一种空调机组的实施例，包括上述的压缩机。参见图2，本实施例的空调机组由压缩机10、蒸发器2、冷凝器3和膨胀机构4组成，各元件之间由管道连接，蒸发器2与压缩机10连接的管道为吸气管11，冷凝器3与压缩机10连接的管道为排气管12。
低温低压制冷剂气体从吸气管11进入压缩机10，被压缩成高温高压气体，进入排气管12后分为两路：一部分气体从排气管出口输出，另一部分气体通过补气管13流到吸气管中。
压缩机压缩后的制冷剂进入排气管后分为两路，一路从排气管出口输出到冷凝器中，另一路通过补气管流到吸气管中，其目的是将吸气管与排气管内制冷剂进行冷热交换，避免因制冷剂略多或者设定温度低而引起的冷凝现象，使吸气温度升高，排气温度降低，排气流速降低，以达到提高机组效率、降低能量消耗的效果。
本发明还提供了一种压缩机的控制方法的实施例，参见图3所示，压缩机为上述实施例的压缩机，控制方法包括以下步骤：
步骤S1：获取压缩机的吸气管内的温度值；
步骤S2：根据温度值得出压缩机的吸气管的温度平均值，计算表征压缩机的吸气管的变化趋势量；
步骤S3：根据变化趋势量，计算得出补气管的流量值；
步骤S4：根据补气管的流量值，调整调节阀的开度值。
压缩机压缩后的制冷剂进入排气管后分为两路，一路从排气管出口输出到冷凝器中，另一路通过补气管流到吸气管中，其目的是将吸气管与排气管内制冷剂进行冷热交换，避免因制冷剂略多或者设定温度低而引起的冷凝现象，使吸气温度升高，解决了吸气温度低带来的诸多问题。而且，一部分排气通过补气管流到吸气管中后，使排气温度降低，排气流速降低，降低了排气管的振动，并解决了排气管振动所引发的一系列问题，以达到提高压缩机性能、提升空调机组效率、降低能量消耗的效果。而本实施例的控制方法，通过监测吸气温度，并根据吸气温度的变化趋势控制补气管的流量值，不仅仅是简单的打开或者关闭调节阀，而是达到更精准的控制，更有利于提升压缩机性能。
进一步优选地，步骤S2包括以下步骤：
表征压缩机的吸气管的变化趋势量Δt通过以下公式得出：t-td＝Δt，其中，t为预定时间内压缩机的吸气管内的温度平均值，td为压缩机的基准工况下的设定温度值。需要特殊说明的是，基准工况是如名义制冷工况、名义制热工况等工况条件，在本领域中，基准工况的含义是清楚的。Δt为温差值，作为后续计算的自变量。通过计算获得吸气管的变化趋势量，可以反馈出吸气管在预定时间内的温度变化以及温度变化趋势。
进一步优选地，步骤S3包括以下步骤：
补气管的流量值Y通过以下公式计算得出：
Figure BDA0002311827520000071
其中，A为补气管截面积；k为经验系数；P为补气管内压力；ρ为补气管内冷媒密度。实时工况下补气管的最佳流量Y作为因变量，通过计算得出实时工况下的补气管最佳流量，进而算出实时工况下的最佳调节阀开度值。
将Δt值划分不同的区间，并按不同的区间调节阀门开度，具体控制策略参见：
温差Δt 最佳流量Y 调节阀开度值M
Δt≥0 - 关闭
a1＜Δt＜0 Y(Δt)1 M(Δt)1
a2＜Δt≤a1 Y(Δt)2 M(Δt)2
Δt≤a2 Y(Δt)3 M(Δt)3
举例：
温差Δt 最佳流量Y 调节阀开度值M
Δt≥0 - 关闭
-1＜Δt＜0 0.5kg/s 10％
-3＜Δt≤-1 1.25kg/s 25％
Δt≤-3 2kg/s 40％
优选地，步骤S4包括以下步骤：
步骤S41：将补气管的流量值匹配到预设数据库中；
步骤S42：得出预设数据库中补气管的流量值所对应的调节阀的开度值；预设数据库预先存储在控制器内，预设数据库将补气管的流量值与最佳的调节阀的开度值相匹配。
步骤S43：发送指令给压缩机的调节阀开至目标开度值。
本发明还提供了另一个一种压缩机的控制方法的实施例，如图4所示，所述压缩机为上述实施例的压缩机，控制方法包括以下步骤：
步骤S1：获取压缩机的排气管内的温度值；
步骤S2：根据所述温度值得出压缩机排气管的温度平均值，计算表征压缩机的排气管的变化趋势量；
步骤S3：根据所述变化趋势量，计算得出所述补气管的流量值；
步骤S4：根据所述补气管的流量值，调整所述调节阀的开度值。
优选地，所述步骤S2包括以下步骤：
表征压缩机的排气管的变化趋势量Δt通过以下公式得出：t-td＝Δt，其中，t为预定时间内压缩机的排气管内的温度平均值，td为压缩机的基准工况下的设定温度值。
进一步优选地，所述步骤S3包括以下步骤：
所述补气管的流量值Y通过以下公式计算得出：
Figure BDA0002311827520000081
其中，A为补气管截面积；k为经验系数；P为补气管内压力；ρ为补气管内冷媒密度。需要特别说明的是，本实施例中使用压缩机的排气温度作为获取判定参数，但公式与上述控制方法的实施例相同，仅仅是与吸气温度的经验系数不同，其他相同。
优选地，所述步骤S4包括以下步骤：
将所述补气管的流量值匹配到预设数据库中；
得出预设数据库中所述补气管的流量值所对应的调节阀的开度值；
发送指令给压缩机的调节阀开至目标开度值。
本实施例的优点在于：压缩机压缩后的制冷剂进入排气管后分为两路，一路从排气管出口输出到冷凝器中，另一路通过补气管流到吸气管中，其目的是将吸气管与排气管内制冷剂进行冷热交换，避免因制冷剂略多或者设定温度低而引起的冷凝现象，使吸气温度升高，解决了吸气温度低带来的诸多问题。而且，一部分排气通过补气管流到吸气管中后，使排气温度降低，排气流速降低，降低了排气管的振动，并解决了排气管振动所引发的一系列问题，以达到提高压缩机性能、提升空调机组效率、降低能量消耗的效果。而本实施例的控制方法，通过监测吸气温度，并根据吸气温度的变化趋势控制补气管的流量值，不仅仅是简单的打开或者关闭调节阀，而是达到更精准的控制，更有利于提升压缩机性能。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
当然，以上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，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (18)

1.一种压缩机，包括吸气管(11)和排气管(12)，其特征在于，还包括补气管(13)，所述补气管(13)的第一端与所述排气管(12)连通，所述补气管(13)的第二端与所述吸气管(11)连通，所述补气管(13)上设置有调节阀(14)。
2.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述补气管(13)第一端的高度位置等于或者高于所述补气管(13)第二端的高度位置。
3.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述补气管(13)的第二端靠近所述吸气管(11)入口处设置。
4.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述吸气管(11)内壁上设置有温度传感器，所述温度传感器与所述补气管(13)的第二端对应设置；
所述压缩机还包括控制器，所述控制器与所述调节阀(14)电连接，所述控制器与所述温度传感器电连接。
5.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述补气管(13)的直径根据压缩机所在的机组制冷量进行设置。
6.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述吸气管(11)的内部和所述排气管(12)内部均设置有导流肋片。
7.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机的本体、所述吸气管(11)和所述排气管(12)的外壁均包覆有绝热材料层。
8.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述吸气管(11)具有弯折部(111)，所述吸气管(11)通过所述弯折部(111)将沿所述压缩机径向流动的气流转为沿所述压缩机轴向流动；
所述弯折部(111)的曲率半径r满足一下条件：r≤2-3d，其中，d为所述吸气管(11)的直径。
9.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机所使用的制冷剂包括以下中的任一种：水蒸气，R134A，R1233zd(E)。
10.一种空调机组，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的压缩机。
11.一种压缩机的控制方法，所述压缩机为权利要求1至9中任一项所述的压缩机，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：获取压缩机的吸气管内的温度值；
步骤S2：根据所述温度值得出压缩机吸气管的温度平均值，计算表征压缩机的吸气管的变化趋势量；
步骤S3：根据所述变化趋势量，计算得出所述补气管的流量值；
步骤S4：根据所述补气管的流量值，调整所述调节阀的开度值。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：
表征压缩机的吸气管的变化趋势量Δt通过以下公式得出：
t-td＝Δt，其中，t为预定时间内压缩机的吸气管内的温度平均值，td为压缩机的基准工况下的设定温度值。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：
所述补气管的流量值Y通过以下公式计算得出：
Figure FDA0002311827510000021
其中，A为补气管截面积；k为经验系数；P为补气管内压力；ρ为补气管内冷媒密度。
14.根据权利要求11或13所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：
将所述补气管的流量值匹配到预设数据库中；
得出预设数据库中所述补气管的流量值所对应的调节阀的开度值；
发送指令给压缩机的调节阀开至目标开度值。
15.一种压缩机的控制方法，所述压缩机为权利要求1至9中任一项所述的压缩机，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：获取压缩机的排气管内的温度值；
步骤S2：根据所述温度值得出压缩机排气管的温度平均值，计算表征压缩机的排气管的变化趋势量；
步骤S3：根据所述变化趋势量，计算得出所述补气管的流量值；
步骤S4：根据所述补气管的流量值，调整所述调节阀的开度值。
16.根据权利要求15所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：
表征压缩机的排气管的变化趋势量Δt通过以下公式得出：
t-td＝Δt，其中，t为预定时间内压缩机的排气管内的温度平均值，td为压缩机的基准工况下的设定温度值。
17.根据权利要求16所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：
所述补气管的流量值Y通过以下公式计算得出：
Figure FDA0002311827510000031
其中，A为补气管截面积；k为经验系数；P为补气管内压力；ρ为补气管内冷媒密度。
18.根据权利要求15或17所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：
将所述补气管的流量值匹配到预设数据库中；
得出预设数据库中所述补气管的流量值所对应的调节阀的开度值；
发送指令给压缩机的调节阀开至目标开度值。
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