CN115143671A - 一种螺杆冷水机组的电子膨胀阀耦合控制技术 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种螺杆冷水机组的电子膨胀阀耦合控制技术，通过采集Ps﹑Pd﹑Td﹑Twi、Two、压缩机运行负荷信号作为电子膨胀阀控制逻辑的依据，在压缩机启动阶段预设时间t1内，据启动温差△T1与预设的启动温差目标值来控制电子膨胀阀开度，直至满足排气过热度大于目标排气过热值或达到t1时进入正常运转阶段；进入正常运转阶段后，据排气过热度△T2与目标排气过热度来控制电子膨胀阀开度，排气过热度计算目标值根据实际的吸排气饱和温度、运行负荷计算，使电子膨胀阀的开度与实际需求开度接近，实现了电子膨胀阀的精准、稳定控制。在满足冷冻水出水温度的前提下，提高冷水机组的制冷量和能效，保证机组稳定可靠的运行。

Description

一种螺杆冷水机组的电子膨胀阀耦合控制技术

技术领域

本申请涉及空调及工业冷却技术领域，尤其是一种螺杆冷水机组的电子膨胀阀耦合控制技术。

背景技术

空调机组的节流装置通常使用热力膨胀阀或电子膨胀阀。作为制冷循环的四大部件之一，节流装置在系统中起着非常关键的作用，通过选择应用合适的节流机构与制冷系统匹配是整个制冷设备降低能耗的重要一环。

电子膨胀阀以步进电机来驱动，可实现制冷剂流量精确控制，电子膨胀阀的控制方式主要分为以下两种：

（1）吸气过热度控制，通过设置吸气温度传感器检测吸气温度Ts，吸气压力传感器检测吸气压力Ps，设定吸气过热度目标值，电子膨胀阀根据目标吸气过热度调节电子膨胀阀的开度，实现对电子膨胀阀的控制。其缺点为：吸气过热度的控制范围窄，吸气过热度的测量滞后，会造成系统波动大，故不适合用于负荷变化较大的空调机组应用场合。另一方面，由于过热度控制范围小，温度传感器的测量精度与响应速度的要求相应提高，以免出现不能真实反映实际吸气过热度从而导致系统流量控制不合理。

（2）排气过热度控制，通过设置排气温度传感器检测排气温度Td，排气压力传感器检测排气压力Pd，设定排气过热度目标值，电子膨胀阀根据目标排气过热度调节电子膨胀阀的开度。排气过热度对于压缩机是否吸气带液反应灵敏，但当机组在启动过程中或者加载过程中，排气压力变化迅速，而排气温度则相对滞后，特别是压缩机启动的一段时间内，易引起排气过热度不能正确反映系统状态的情况，且通常排气温度目标值只根据系统的蒸发温度、冷凝温度、满载负荷来进行计算，未考虑空调负荷变化的影响，机组随着工况及负荷变化的运行过程中，排气过热度目标值不准确，引起电子膨胀阀流量控制不准确，导致电子膨胀阀流量过大或过小，从而机组性能无法正常发挥，制冷效果不佳等现象。

此外，例如中国专利申请公开号：CN104634033B，名称：一种电子膨胀阀控制系统及方法，其公开了在启动阶段的预设时间段内，电子膨胀阀依据吸气压力进行控制，直至满足排气过热度大于预设值或者达到预设时间后退出，进入到正常运转阶段。在正常运转阶段，若压缩机在非100%能量状态下，电子膨胀阀依据吸气过热度控制，压缩机在100%能量状态下，电子膨胀阀依据排气过热度控制。该发明专利不足在于启动阶段电子膨胀阀仅依据吸气压力进行控制，可能会引起电子膨胀阀开度过大造成液压缩并跑油，也可能也会因开度过小供液不足引起制冷量不足、排气温度过高润滑油变稀影响压缩机的工作寿命。在正常运转阶段在非100%与非100%负荷条件下分别通过吸气、排气过热度控制，负荷变化频繁，控制电子膨胀阀的方式来回切换，因吸排气过热度目标值完全不同，易引起系统不稳定造成液压缩等不良故障。

发明内容

针对现有技术控制方式的不足之处，本申请特提出一种螺杆冷水机组的电子膨胀阀耦合控制技术。

一种螺杆冷水机组的电子膨胀阀耦合控制技术，所述螺杆冷水机组包括依次连接的压缩机1﹑冷凝器2、电子膨胀阀3﹑蒸发器4，在蒸发器4和压缩机1之间设置有检测吸气压力（Ps）的吸气压力传感器5，在压缩机1和冷凝器2之间设有检测排气压力（Pd）的排气压力传感器6和检测排气温度（Td）的排气温度传感器7，所述蒸发器4的冷冻水进水侧设有检测冷冻进水温度(Twi)的冷冻进水温度传感器9，冷冻水出水侧设有检测冷冻出水温度(Two)的冷冻出水温度传感器10；通过各传感器采集的Ps﹑Pd﹑Td﹑Twi、Two、压缩机运行负荷信号作为电子膨胀阀3控制逻辑的判断依据对电子膨胀阀3分两个阶段进行控制，即在压缩机1启动阶段预设时间段t1内，依据启动温差△T1对电子膨胀阀3进行控制，达到预设时间t1或者满足排气过热度大于目标排气过热值时，进入正常运转阶段，后依据排气过热度△T2对电子膨胀阀3进行控制。

进一步，所述螺杆冷水机组还包括控制器8，控制器8通过传感器采集的Ps﹑Pd﹑Td﹑Twi、Two、压缩机运行负荷信号作为电子膨胀阀3控制逻辑的判断依据，控制器8对电子膨胀阀3的控制分为两个阶段，即在压缩机1启动阶段预设时间段t1内，依据启动温差△T1对电子膨胀阀3进行控制，达到预设时间t1或者满足排气过热度大于目标排气过热值时进入正常运转阶段，后依据排气过热度△T2对电子膨胀阀3进行控制。

进一步，所述冷凝器2按结构型式和冷却介质的不同，分为风冷、水冷、蒸发冷形式。

进一步，所述压缩机1启动阶段的预设时间段t1为5min，电子膨胀阀3开度大小依据启动温差△T1（△T1=Two-Tss）进行控制，即通过冷冻出水温度(Two)、吸气压力(Ps)传感器对应的吸气饱和温度Tss二者的差值。

进一步，每隔采样周期t2计算启动温差△T1数值，当启动温差△T1>预设的启动温差目标值，电子膨胀阀开度调大；当启动温差△T<预设的启动温差目标值，电子膨胀阀开度调小；否则，电子膨胀阀开度保持不变，预设的启动温差目标值为3℃-6℃之间。

进一步，所述正常运转阶段，电子膨胀阀3依据排气过热度△T2（△T2=Td-Tds）控制，即通过排气温度(Td)与排气压力(Pd)对应的排气饱和温度Tds二者的差值，每隔采样周期t3排气过热度数值，当排气过热度△T2>目标排气过热度时，电子膨胀阀3开度调大；当排气过热度△T2<目标排气过热度时，电子膨胀阀3开度调小；否则，电子膨胀阀3开度保持不变。

进一步，启动阶段预设时间段t1默认为5min，优选范围为3min～7min。

进一步，启动阶段采样周期t2默认为20s，优选范围10s～30s。

进一步，运行阶段采样周期t3默认为20s，优选范围10s～30s。

进一步，所述目标排气过热度为目标排气温度y与实际排气饱和温度Tds的差值。

进一步，所述目标排气温度y按15系数模型根据系统的吸气饱和温度Tss、排气饱和温度Tds、压缩机的运行负荷来进行拟合计算，y=c1+c2*Tss+c3*Tds+c4*f+c5*Tss^2+c6*Tds^2+c7*f^2+c8*Tds*Tss+c9*f*Tss+c10*f*Tds+c11*f*Tss^2+c12*Tss*f^2+c13*f*Tds^2+c14*Tds*f^2+c15*Tds*f*Tss，其中c1-c15为拟合的系数，f为压缩机运行负荷，若是定频压缩机，则为压缩机的负荷与最大负荷之比，若是变频压缩机则为压缩机运行频率与最高频率之比。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：本申请的电子膨胀阀耦合控制技术，对电子膨胀阀的控制分为两个阶段，即在压缩机启动阶段预设时间段t1内，电子膨胀阀依据启动温差△T1进行控制，直至满足排气过热度大于目标排气过热值或者达到预设时间t1退出以进入正常运转阶段。在压缩机启动过渡阶段依据启动温差控制，通过实时监测冷冻水温、吸气饱和温度来调节电子膨胀阀开度，使冷媒流量与启动运行工况相匹配，以减少发生电子膨胀阀过调的情况，不仅可预防吸气压力过低，同时预防吸气带液的风险，保证启动系统阶段的稳定运行。进入正常运转阶段，电子膨胀阀依据排气过热度△T2控制，目标排气过热度根据系统实际的吸气、排气饱和温度、排气温度、运行负荷来拟合计算，通过比较实际排气过热度与目标排气过热度值控制电子膨胀阀的开度大小。其中排气过热度的高低实际上反映了压缩效率的高低，电子膨胀阀控制目标使压缩机的效率向最高效率靠近，即实际过热度向目标过热度靠近，同时排气过热度控制可以有效避免液压缩，保证机组油分离效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是根据本申请一个实施例的螺杆冷水机组的结构示意图。

图2是根据本申请一个实施例的螺杆冷水机组的电子膨胀阀耦合控制原理示意图。

其中，压缩机1；冷凝器2；电子膨胀阀3；蒸发器4；吸气压力传感器5；排气压力传感器6；排气温度传感器7；控制器8；冷冻进水温度传感器9；冷冻出水温度传感器10。

具体实施方式

下面结合本申请的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，旨在用于解释发明构思。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另有明确的规定和限定，描述所用术语“相连”、“连通”等应做广义理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接、电连接；可以是直接相连、通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在实施例中的具体含义。

描述所用术语“一个具体实施例”意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

参考图1，本申请的一个具体实施例提出了一种螺杆冷水机组的电子膨胀阀耦合控制技术，所述螺杆冷水机组包括依次连接的压缩机1﹑冷凝器2、电子膨胀阀3﹑蒸发器4，在蒸发器4至压缩机1的管道内设置有吸气压力传感器5以检测吸气压力（Ps），在压缩机1至冷凝器2的管道上依次设置有检测排气压力（Pd）的排气压力传感器6和检测排气温度（Td）的排气温度传感器7。所述蒸发器4的冷冻水进水侧设有冷冻进水温度传感器9以检测冷冻进水温度(Twi)，冷冻水出水侧设有冷冻出水温度传感器10以检测冷冻出水温度(Two)。所述螺杆冷水机组还包括控制器8，控制器8通过传感器采集的Ps﹑Pd﹑Td﹑Twi、Two、压缩机运行负荷信号，作为压缩机1和电子膨胀阀3控制逻辑的判断依据。

本申请的一个具体实施例提出了一种螺杆冷水机组的电子膨胀阀耦合控制技术，所述冷凝器2按结构型式和冷却介质的不同，分为风冷、水冷、蒸发冷等形式。

参考图2，本申请的一个具体实施例提出了一种螺杆冷水机组的电子膨胀阀耦合控制技术，对电子膨胀阀3的控制分为两个阶段，即在压缩机1启动阶段预设时间段t1内，电子膨胀阀依据启动温差△T1进行控制，直至满足排气过热度大于目标排气过热值或者达到预设时间t1退出以进入正常运转阶段，进入正常运转阶段，电子膨胀阀依据排气过热度△T2控制。

启动阶段：在压缩机1启动阶段的预设时间段t1内，t1为5min，电子膨胀阀3开度大小依据启动温差△T1（△T1=Two-Tss）进行控制，即通过冷冻出水温度(Two)、吸气压力(Ps)传感器对应的吸气饱和温度Tss二者的差值。每隔采样周期t2计算启动温差△T1数值，当启动温差△T1>预设的启动温差目标值，电子膨胀阀开度调大，当启动温差△T<预设的启动温差目标值，电子膨胀阀开度调小，否则，电子膨胀阀开度保持不变，预设的启动温差目标值为3℃-6℃之间。在压缩机1刚刚启动的过渡阶段依据启动温差△T1控制，通过实时监测冷冻水温、吸气饱和温度来调节电子膨胀阀开度，使冷媒流量与启动运行工况相匹配，以减少发生电子膨胀阀过调的情况，不仅可预防吸气压力过低，同时预防吸气带液的风险，保证启动系统阶段的稳定运行。

正常运转阶段：电子膨胀阀3依据排气过热度△T2（△T2=Td-Tds）控制，即通过排气温度(Td)与排气压力(Pd)对应的排气饱和温度Tds二者的差值。每隔采样周期t3计算排气过热度△T2数值，当排气过热度△T2>目标排气过热度时，电子膨胀阀3开度调大，当排气过热度△T2<目标排气过度时，电子膨胀阀3开度调小，否则，电子膨胀阀3开度保持不变。

目标排气过热度=目标排气温度-实际排气饱和温度Tds，目标排气温度y按15系数模型根据系统的吸气饱和温度Tss、排气饱和温度Tds、压缩机的运行负荷来进行拟合计算，

y=c1+c2*Tss+c3*Tds+c4*f+c5*Tss^2+c6*Tds^2+c7*f^2+c8*Tds*Tss+c9*f*Tss+c10*f*Tds+c11*f*Tss^2+c12*Tss*f^2+c13*f*Tds^2+c14*Tds*f^2+c15*Tds*f*Tss

其中c1-c15为拟合的系数，f为压缩机运行负荷，若是定频压缩机，则为压缩机的负荷与最大负荷之比，若是变频压缩机则为压缩机运行频率与最高频率之比。

在正常运转阶段，排气过热度计算目标值根据系统实际的吸气饱和温度、排气饱和温度、运行负荷来进行计算，充分考虑了空调负荷变化引起的供液量需求差异，使排气过热度目标值接近压缩效率最高时的点，利用电子膨胀阀3对排气过热度进行有效控制，使实际过热度向目标过热度靠近，使电子膨胀阀3的开度与实际需求开度接近，提高了冷水机组的能力和能效。同时可以有效避免液压缩，保证机组油分离效果。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制。在不脱离本申请精神和范围的前提下，本申请还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本申请范围内。

Claims (10)

1.一种螺杆冷水机组的电子膨胀阀耦合控制技术，所述螺杆冷水机组包括依次连接的压缩机（1）﹑冷凝器（2）、电子膨胀阀（3）﹑蒸发器（4），其特征在于：在蒸发器（4）和压缩机（1）之间设有检测吸气压力Ps的吸气压力传感器（5），在压缩机（1）和冷凝器（2）之间设有检测排气压力Pd的排气压力传感器（6）和检测排气温度Td的排气温度传感器（7），所述蒸发器（4）的冷冻水进水侧设有检测冷冻进水温度Twi的冷冻进水温度传感器（9），冷冻水出水侧设有检测冷冻出水温度Two的冷冻出水温度传感器（10）；通过各传感器采集的Ps﹑Pd﹑Td﹑Twi、Two、压缩机运行负荷信号作为电子膨胀阀（3）控制逻辑的判断依据，对电子膨胀阀（3）分两个阶段进行控制，即在压缩机（1）启动阶段预设时间段t1内，依据启动温差△T1和预设的启动温差目标值对电子膨胀阀（3）进行控制，达到预设时间t1或者满足排气过热度大于目标排气过热值时，进入正常运转阶段，后依据排气过热度△T2和目标排气过热度对电子膨胀阀（3）进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种螺杆冷水机组的电子膨胀阀耦合控制技术，其特征在于：所述螺杆冷水机组还包括控制器（8），控制器（8）采集Ps﹑Pd﹑Td﹑Twi、Two、压缩机运行负荷信号作为控制电子膨胀阀（3）的依据，控制器（8）对电子膨胀阀（3）的控制分启动和正常运转两个阶段。

3.根据权利要求1所述的一种螺杆冷水机组的电子膨胀阀耦合控制技术，其特征在于：所述△T1=Two-Tss，每隔采样周期t2计算启动温差△T1数值，当启动温差△T1>预设的启动温差目标值，电子膨胀阀开度调大；当启动温差△T<预设的启动温差目标值，电子膨胀阀开度调小；否则，电子膨胀阀开度保持不变。

4.根据权利要求3所述的一种螺杆冷水机组的电子膨胀阀耦合控制技术，其特征在于：所述压缩机（1）启动阶段的预设时间段t1为3min～7min，采样周期t2为10s～30s，预设的启动温差目标值为3℃-6℃。

5.根据权利要求4所述的一种螺杆冷水机组的电子膨胀阀耦合控制技术，其特征在于：所述压缩机（1）启动阶段的预设时间段t1为5min，采样周期t2为20s。

6.根据权利要求1所述的一种螺杆冷水机组的电子膨胀阀耦合控制技术，其特征在于：所述△T2=Td-Tds，每隔采样周期t3计算排气过热度△T2数值，当排气过热度△T2>目标排气过热度时，电子膨胀阀（3）开度调大；当排气过热度△T2<目标排气过热度时，电子膨胀阀（3）开度调小；否则，电子膨胀阀（3）开度保持不变。

7.根据权利要求6所述的一种螺杆冷水机组的电子膨胀阀耦合控制技术，其特征在于：所述目标排气过热度为目标排气温度y与实际排气饱和温度Tds的差值。

8.根据权利要求7所述的一种螺杆冷水机组的电子膨胀阀耦合控制技术，其特征在于：所述目标排气温度y按15系数模型根据系统的吸气饱和温度Tss、排气饱和温度Tds、压缩机的运行负荷来进行拟合计算，

y=c1+c2*Tss+c3*Tds+c4*f+c5*Tss^2+c6*Tds^2+c7*f^2+c8*Tds*Tss+c9*f*Tss+c10*f*Tds+c11*f*Tss^2+c12*Tss*f^2+c13*f*Tds^2+c14*Tds*f^2+c15*Tds*f*Tss，

其中c1-c15为拟合的系数，f为压缩机运行负荷，当为定频压缩机时，f为压缩机的负荷与最大负荷之比，当为变频压缩机时，f则为压缩机运行频率与最高频率之比。

9.根据权利要求6所述的一种螺杆冷水机组的电子膨胀阀耦合控制技术，其特征在于：所述采样周期t3为10s～30s。

10.根据权利要求9所述的一种螺杆冷水机组的电子膨胀阀耦合控制技术，其特征在于：所述采样周期t3为20s。

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