CN113761690A - 一种螺杆压缩机性能仿真计算方法 - Google Patents

一种螺杆压缩机性能仿真计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种螺杆压缩机性能仿真计算方法,包括以下步骤:建立压缩机数学模型,根据实测数据对过热度修正系数进行数学回归,确定过热度修正系数;根据实测数据对补气工况修正系数进行数学回归,确定补气修正系数;根据实测数据对部分负荷修正系数进行数学回归,确定部分负荷修正系数;输入电制和工况,根据确定的压缩机数学模型和输入的电制、工况计算满负荷压缩机性能;若有能量调节,计算基于满负荷下的部分负荷性能;判断是否有补气,若无补气,则计算无补气下的压缩机性能;若有补气,基于无补气的压缩机性能,计算带有补气的压缩机性能。本发明可计算满负荷、部分负荷,以及不同过热度和带补气工况下的压缩机性能,计算精度高、速度快。

Description

一种螺杆压缩机性能仿真计算方法
技术领域
本发明涉及仿真分析技术领域,具体涉及一种螺杆压缩机性能仿真计算方法。
背景技术
空调机组中采用的压缩机形式主要有离心式、螺杆和涡旋三种,螺杆压缩机具有冷量大耐液击、运行范围广、可靠性高的优点,因此螺杆冷水机组占据了近半数市场。近年来,节约能源,提高能源利用效率,保护和改善环境,已成为大势所趋。中央空调的全年能耗占建筑物全年能耗的40%~60%,而冷源的能耗占了中央空调系统设计功率的60%,因此,冷水机组是公用建筑集中供冷的主要耗能设备。
为了准确预测螺杆压缩机的性能并提高机组能效,各厂家和高效不断对螺杆压缩机进行仿真研究。虽然目前已经有不少文章提出了各种仿真模型,但大部分研究集中在满负荷计算,缺少对部分负荷的仿真计算,并且模型过于简单,不能满足大范围变工况下的性能预测。
发明内容
本发明针对现有技术中的仿真计算不能满足大范围变工况性能预测的技术问题,提供一种螺杆压缩机性能仿真计算方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种螺杆压缩机性能仿真计算方法,包括以下步骤:
步骤S1:建立压缩机数学模型,根据实测数据对过热度修正系数进行数学回归,确定过热度修正系数;
步骤S2:根据实测数据对补气工况修正系数进行数学回归,确定补气修正系数;
步骤S3:根据实测数据对部分负荷修正系数进行数学回归,确定部分负荷修正系数;
步骤S4:输入电制和工况,根据确定的压缩机数学模型和输入的电制、工况计算满负荷时压缩机的性能;
步骤S5:若有能量调节,计算基于满负荷下压缩机的部分负荷的性能;
步骤S6:判断压缩机是否有补气,若无补气,则计算无补气下的压缩机性能;若有补气,基于无补气的压缩机性能,计算带有补气的压缩机性能。
本发明的有益效果是:根据压缩机的实测结果,修正压缩机的相关系数,确定满负荷压缩机数学计算模型。通过拟合过热度修正系数,对不同过热度做修正。根据不同补气量实验数据,拟合带补气修正系数,对补气工况做进一步修正。根据部分负荷实验数据,拟合部分负荷修正系数,对压缩机的部分负荷采取基于满负荷性能的修正。通过对各参数进行修正,从而更接近实际运行情况,由此可以实现计算满负荷和滑阀调节下的部分负荷,以及不同过热度和带补气工况下的压缩机性能,具有计算精度高、速度快的特点。
在上述技术方案的基础上,本发明为了达到使用的方便以及装备的稳定性,还可以对上述的技术方案作出如下的改进:
进一步,所述步骤S1中建立压缩机模型,包括提取与工况相关的修正系数,根据实测结果对修正系数进行数学回归,确定满负荷计算模型。
采用上述进一步技术方案的有益效果是,通过实测压缩机的数据进行数学回归、拟合公式,确定计算模型,以此可以进行其它各种工况参数的计算,拓展了应用范围,可理解为通过一个机型的测试,拓展到其它各种机型和各种工况,从而满足不同机型和工况的仿真计算需求。
进一步,所述步骤S4中输入的工况包括:型号、负荷百分比、吸气压力、吸气过热度、补气压力、补气过热度、排气压力、制冷剂、经济器、电制和内容积比。
采用上述进一步技术方案的有益效果是,通过输入工况参数后,对制冷剂类型、压缩机内容积比、电制、负荷率和补气压力等进行判定计算,使需要计算的工况符合于计算区间。
进一步,所述步骤S4中,计算满负荷压缩机性能包括以下步骤:
步骤1005,判断制冷剂是否为R134a、R22或R407C;
若是,执行步骤1006;否则执行步骤1039,此时输出结果为“参数错误”;
步骤1006,判断是否为规定型号的压缩机;
若是,执行步骤1007,否则执行步骤1039,此时输出结果为“参数错误”;
步骤1007,判断输入内容积比是否大于1.5;
若是,执行步骤1008:选择最大容器;否则执行步骤1009,选择默认内容积比;
步骤1010,判断电制是否为规定电制;
若是,执行步骤1011,否则执行步骤1039,此时输出结果为“参数错误”;
步骤1011,根据压缩机负荷百分比计算出压缩机的内容积比。
采用上述进一步技术方案的有益效果是,压缩机的内容积比根据负荷百分比的改变而改变,通过此步骤,可以把用户的负荷转化为压缩机内部的计算。
进一步,所述步骤S5中包括以下步骤:
步骤1012,判断计算内容积比是否大于轴向内容积比?
若是,执行步骤1019,否则执行步骤1018;
步骤1018,选择计算内容积比,然后执行步骤1017;
步骤1019,选择轴向内容积比,然后执行步骤1017;
步骤1017,判断压缩机负荷百分比是否处于10%与100%之间?
若是,执行步骤1016,否则执行步骤1039,输出结果;
步骤1016,判断压缩机补气压力是否处于吸气压力和排气压力之间?
若是,执行步骤1015,否则执行步骤1039,此时输出结果为“参数错误”;
步骤1015,判断过热度≥0?
若是,执行步骤1014,否则执行步骤1039,此时输出结果为“参数错误”;
步骤1014,计算压缩机吸气温度、压力状态和内容积效率。
采用上述进一步技术方案的有益效果是,对压缩机吸气状态和容积效率进行计算,从而实现对压缩机多种工况进行仿真计算,更加符合实际使用情况。
进一步,所述步骤S6中包括以下步骤:
步骤1013,判断经济器是否无效或负荷百分比是否小于压缩机补气口对应的负荷百分比;若是,即表示无压缩机补气,计算无补气下的压缩机性能,否则表示压缩机带有补气,计算有补气下的压缩机性能。
采用上述进一步技术方案的有益效果是,通过经济器和负荷百分比判断压缩机是否带有补气,判断结果可靠,操作方便。
进一步,计算无补气下的压缩机性能,包括以下步骤:
步骤1020,计算压缩机吸气量;
步骤1021,计算压缩机内容积比效率;
步骤1022,计算压缩机内泄漏效率;
步骤1023,计算压缩机轴功率;
步骤1024,计算电机效率;
步骤1025,计算输入功率;
步骤1039,输出结果,此时输出压缩机输气量、内容积比效率、轴功率、电机效率和输入功率。
进一步,计算有补气下的压缩机性能,包括以下步骤:
步骤1026,计算补气容积效率修正;
步骤1027,计算压缩机吸气量;
步骤1028,计算压缩机的补气口前后内容积比;
步骤1029,假设补气压力;
步骤1030,计算补气量;
步骤1031,计算补气口前内容积比效率、内泄漏效率;
步骤1032,计算补气后气态状态;
步骤1033,计算压缩机工作腔总质量流量;
步骤1034,判断总质量流量是否等于补气量+吸气量?
若是,执行步骤1035,若否,则执行步骤1029;
步骤1035,计算补气口前内容积比效率、内泄漏效率;
步骤1036,计算压缩机总轴功率;
步骤1037,计算电机效率;
步骤1038,计算输入功率;
步骤1039,输出结果,此时输出压缩机输气量、内容积比效率、轴功率、电机效率和输入功率。
采用上述进一步技术方案的有益效果是,通过对压缩机带有补气和无补气两种情况,采用两种不同的计算逻辑,分别求出压缩机的输入功率、电机效率、内泄漏效率、内容积比效率、吸气量等数据,得到需要的螺杆机性能计算结果,使计算的结果更加准确。
附图说明
图1为本发明螺杆压缩机性能仿真计算方法的流程示意图;
图2为本发明螺杆压缩机性能仿真计算方法的逻辑示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
请参照图1和图2,一种螺杆压缩机性能仿真计算方法,包括以下步骤:
步骤S1:建立压缩机数学模型:提取与工况相关的修正系数,根据实测结果对修正系数进行数学回归,确定满负荷计算模型,根据实测数据对过热度修正系数进行数学回归,确定过热度修正系数;
另外确定与性能相关的其它影响因子和相应的修正系数。其它影响因子是指与压缩机相关的蒸发温度、冷凝温度、蒸发压力、冷凝压力、吸气过热度、过冷度、电机类型、电制、经济器开关、制冷剂类型等。这些影响因子根据同类型压缩机的实测结果进行修正,使这些参数更符合实际运行情况。
步骤S2:根据实测数据对补气工况修正系数进行数学回归,确定补气修正系数;
所述补气工况系数修正,是指根据实测的实验数据,对压缩机补气系数进行数学回归,即采用最小二乘法,根据实测数据拟合一条公式,形成各参数之间的逻辑关系,从而得到准确的补气系数,并用于压缩机性能计算。
步骤S3:根据实测数据对部分负荷修正系数进行数学回归,确定部分负荷修正系数;若同类型压缩机实测的部分负荷性能系数与满负荷修正系数不同,则重新根据实测负荷测试情况进行系数修正和数学回归。
步骤S4:输入电制和工况,其中输入的工况包括:型号、负荷百分比、吸气压力、吸气过热度、补气压力、补气过热度、排气压力、制冷剂、经济器、电制和内容积比,根据确定的压缩机数学模型和输入的电制、工况计算满负荷时压缩机的性能;
步骤S5:若有能量调节,计算基于满负荷下的压缩机部分负荷的性能;此条基于满负荷与部分负荷修正系数相同时可采用,若不同,则重新根据实测值,对部分负荷的性能系数进行数学回归。其中能量调节为通过压缩机滑阀调节压缩机的输气量,进而调节压缩机做功大小。其中,只要用户不是100%负荷运行,均需要进行能量调节,从而减少压缩机输气量,即部分负荷运行。由于满负荷与部分负荷的计算逻辑前大半部分都是相同的,只是后半部分逻辑系数有些改变,因此,基于满负荷计算部分负荷时改变相关系数即可,从而可减少相同代码逻辑的计算次数,使编程逻辑更加简洁、减少计算量、提高计算速度并保证计算结果的准确性。
步骤S6:判断是否有补气,若无补气,则计算无补气下的压缩机性能;若有补气,基于无补气的压缩机性能,计算带有补气的压缩机性能。由于无补气与有补气计算逻辑前大半部分都是相同的,只是后部分逻辑系数有些改变。基于无补气计算有补气的性能仅改变相关系数即可,可以减少相同代码逻辑的计算次数,编程逻辑更加简洁,提高计算速度,且能保证计算结果的准确性。
其中,所述步骤S4中,计算满负荷压缩机性能包括以下步骤:
步骤1005,判断制冷剂是否为R134a,R22、R407C;
若是,执行步骤1006;否则执行步骤1039,此时输出结果为“参数错误”;
步骤1006,判断是否为规定型号的压缩机;
若是,执行步骤1007,否则执行步骤1039,此时输出结果为“参数错误”;
步骤1007,判断输入内容积比是否大于1.5;
若是,执行步骤1008:选择最大容器;否则执行步骤1009,选择默认内容积比;
步骤1010,判断电制是否为规定电制;
若是,执行步骤1011,否则执行步骤1039,此时输出结果为“参数错误”;
步骤1011,根据压缩机负荷百分比计算出压缩机的内容积比。根据负荷大小求得相应压缩机出口和进口的压力比值,即内容积比。
其中,所述步骤S5中计算压缩机部分负荷的性能,包括以下步骤:
步骤1012,判断计算内容积比是否大于轴向内容积比?
若是,执行步骤1019,否则执行步骤1018;
步骤1018,选择计算内容积比,然后执行步骤1017;
步骤1019,选择轴向内容积比,然后执行步骤1017;
内容积比和轴向容积比取其中较小的数值,即为实际运行时的内容积比,从而保证计算结果的准确性;
步骤1017,判断压缩机负荷百分比是否处于10%与100%之间?
若是,执行步骤1016,否则执行步骤1039,输出结果为“参数错误”;
步骤1016,判断压缩机补气压力是否处于吸气压力和排气压力之间?
若是,执行步骤1015,否则执行步骤1039,此时输出结果为“参数错误”;
步骤1015,判断过热度≥0?
若是,执行步骤1014,否则执行步骤1039,此时输出结果为“参数错误”;
步骤1014,计算压缩机吸气温度、压力状态和内容积效率。
其中,所述步骤S6中判断压缩机是否有补气,包括以下步骤:
步骤1013,判断经济器是否无效或负荷百分比是否小于压缩机补气口对应的负荷百分比。
若是,即表示无压缩机补气,计算无补气下的压缩机性能,否则表示压缩机带有补气,计算有补气下的压缩机性能。
其中,计算无补气下的压缩机性能,包括以下步骤:
步骤1020,计算压缩机吸气量;
步骤1021,计算压缩机内容积比效率;
步骤1022,计算压缩机内泄漏效率;
步骤1023,计算压缩机轴功率;
步骤1024,计算电机效率;
步骤1025,计算输入功率;
步骤1039,输出结果,此时输出压缩机输气量、内容积比效率、轴功率、电机效率和输入功率。
其中,计算有补气下的压缩机性能,包括以下步骤:
步骤1026,计算补气容积效率修正;
步骤1027,计算压缩机吸气量;
步骤1028,计算压缩机的补气口前后内容积比;
步骤1029,假设补气压力,其中补气压力=(吸气压力×排气压力)^0.5次方,不同的制冷剂和不同的工况,补气压力不同;
步骤1030,计算补气量;
步骤1031,计算补气口前内容积比效率、内泄漏效率;
步骤1032,计算补气后气态状态;
步骤1033,计算压缩机工作腔总质量流量;
步骤1034,判断总质量流量是否等于补气量+吸气量?
若是,执行步骤1035,若否,则执行步骤1029,即当出现质量不守恒时,则上下调节补气压力数值,再进行迭代计算,直至满足质量守恒误差范围;
步骤1035,计算补气口前内容积比效率、内泄漏效率;
步骤1036,计算压缩机总轴功率;
步骤1037,计算电机效率;
步骤1038,计算输入功率;
步骤1039,输出结果,此时输出压缩机输气量、内容积比效率、轴功率、电机效率和输入功率。
综上所述,本发明可实现对满负荷、部分负荷、有补气和无补气等条件下的压缩机的性能进行仿真计算,更符合压缩机的实际使用情况,为提高机组能效奠定基础,提高能源利用效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,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、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种螺杆压缩机性能仿真计算方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S1:建立压缩机数学模型,根据实测数据对过热度修正系数进行数学回归,确定过热度修正系数;
步骤S2:根据实测数据对补气工况修正系数进行数学回归,确定补气修正系数;
步骤S3:根据实测数据对部分负荷修正系数进行数学回归,确定部分负荷修正系数;
步骤S4:输入电制和工况,根据确定的压缩机数学模型和输入的电制、工况计算满负荷时压缩机的性能;
步骤S5:若有能量调节,计算基于满负荷下的压缩机部分负荷的性能;
步骤S6:判断压缩机是否有补气,若无补气,则计算无补气下的压缩机性能;若有补气,基于无补气的压缩机性能,计算带有补气的压缩机性能。
2.根据权利要求1所述的螺杆压缩机性能仿真计算方法,其特征在于,所述步骤S1中建立压缩机模型,包括提取与工况相关的修正系数,根据实测结果对修正系数进行数学回归,确定满负荷计算模型。
3.根据权利要求1所述的螺杆压缩机性能仿真计算方法,其特征在于,所述步骤S4中输入的工况包括:型号、负荷百分比、吸气压力、吸气过热度、补气压力、补气过热度、排气压力、制冷剂、经济器、电制和内容积比。
4.根据权利要求1或3所述的螺杆压缩机性能仿真计算方法,其特征在于,所述步骤S4中,计算满负荷压缩机性能包括以下步骤:
步骤1005,判断制冷剂是否为R134a、R22或R407C;
若是,执行步骤1006;否则执行步骤1039,此时输出结果为“参数错误”;
步骤1006,判断是否为规定型号的压缩机;
若是,执行步骤1007,否则执行步骤1039,此时输出结果为“参数错误”;
步骤1007,判断输入内容积比是否大于1.5;
若是,执行步骤1008:选择最大容器;否则执行步骤1009,选择默认内容积比;
步骤1010,判断电制是否为规定电制;
若是,执行步骤1011,否则执行步骤1039,此时输出结果为“参数错误”;
步骤1011,根据压缩机负荷百分比计算出压缩机的内容积比。
5.根据权利要求1所述的螺杆压缩机性能仿真计算方法,其特征在于,所述步骤S5中包括以下步骤:
步骤1012,判断计算内容积比是否大于轴向内容积比?
若是,执行步骤1019,否则执行步骤1018;
步骤1018,选择计算内容积比,然后执行步骤1017;
步骤1019,选择轴向内容积比,然后执行步骤1017;
步骤1017,判断压缩机负荷百分比是否处于10%与100%之间?
若是,执行步骤1016,否则执行步骤1039,输出结果为:“参数错误”;
步骤1016,判断压缩机补气压力是否处于吸气压力和排气压力之间?
若是,执行步骤1015,否则执行步骤1039,此时输出结果为“参数错误”;
步骤1015,判断过热度≥0?
若是,执行步骤1014,否则执行步骤1039,此时输出结果为“参数错误”;
步骤1014,计算压缩机吸气温度、压力状态和内容积效率。
6.根据权利要求1所述的螺杆压缩机性能仿真计算方法,其特征在于,所述步骤S6中包括以下步骤:
步骤1013,判断经济器是否无效或负荷百分比是否小于压缩机补气口对应的负荷百分比;若是,表示无压缩机补气,计算无补气下的压缩机性能,否则表示压缩机带有补气,计算有补气下的压缩机性能。
7.根据权利要求6所述的螺杆压缩机性能仿真计算方法,其特征在于,计算无补气下的压缩机性能,包括以下步骤:
步骤1020,计算压缩机吸气量;
步骤1021,计算压缩机内容积比效率;
步骤1022,计算压缩机内泄漏效率;
步骤1023,计算压缩机轴功率;
步骤1024,计算电机效率;
步骤1025,计算输入功率;
步骤1039,输出结果,此时输出压缩机输气量、内容积比效率、轴功率、电机效率和输入功率。
8.根据权利要求6所述的螺杆压缩机性能仿真计算方法,其特征在于,计算有补气下的压缩机性能,包括以下步骤:
步骤1026,计算补气容积效率修正;
步骤1027,计算压缩机吸气量;
步骤1028,计算压缩机的补气口前后内容积比;
步骤1029,假设补气压力;
步骤1030,计算补气量;
步骤1031,计算补气口前内容积比效率、内泄漏效率;
步骤1032,计算补气后气态状态;
步骤1033,计算压缩机工作腔总质量流量;
步骤1034,判断总质量流量是否等于补气量+吸气量?
若是,执行步骤1035,若否,则执行步骤1029;
步骤1035,计算补气口前内容积比效率、内泄漏效率;
步骤1036,计算压缩机总轴功率;
步骤1037,计算电机效率;
步骤1038,计算输入功率;
步骤1039,输出结果,此时输出压缩机输气量、内容积比效率、轴功率、电机效率和输入功率。
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刘盼盼: "基于经济器优化设计的准二级压缩热泵空调系统理论研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

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