CN115183508A - 一种新型跨临界二氧化碳排气压力控制方法及其控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型跨临界二氧化碳排气压力控制方法及其控制系统。一种新型跨临界二氧化碳排气压力控制方法，包括以下步骤：S10、分别检测压缩机的吸气口和排气口的压力，以及检测气体冷却器的出口温度；S20、根据上述压力和温度计算当前工况下排气压力值；S30、调节气体冷却器出口上的高压节流调节阀的开度，使压力值到达所述步骤S20中得到的排气压力值。该方法通过检测压缩机的进口压力、出口压力和气体冷却器的出口温度，并根据优化排气压力算法算出当前工况下的排气压力优化值，然后调节气体冷却器出口的高压节流调节阀的阀门开度获得目标压力值，控制方法简单、可靠、能够有效提升制冷系统的性能系数。

Description

一种新型跨临界二氧化碳排气压力控制方法及其控制系统
技术领域
本发明涉及一种制冷排气压力控制方法，尤其是一种新型跨临界二氧化碳排气压力控制方法及其控制系统。
背景技术
目前跨临界二氧化碳制冷系统普遍采用以经验压力、温度设定值为控制目标来控制系统在临界压力以上工作时的排气压力。
现有的方法存在如下问题：
跨临界二氧化碳制冷系统的性能系数在蒸发温度和气体冷却二氧化碳出口一定的情况下，受排气压力影响变化很大。同时这个排气压力的变化对不同的压缩机是不一样的，因为具体压缩机的热力性能有差别的，如果采用上述经验压力和温度值来控制，则在大部分情况下达不到性能优化的要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种能够根据实际工况计算得到最优压力值进行控制的一种新型跨临界二氧化碳排气压力控制方法，具体技术方案为：
一种新型跨临界二氧化碳排气压力控制方法，包括以下步骤：
S10、分别检测压缩机的吸气口和排气口的压力，以及检测气体冷却器的出口温度；
S20、根据上述压力和温度计算当前工况下排气压力值；
S30、调节气体冷却器出口上的高压节流调节阀的开度，使压力值到达所述步骤S20中得到的排气压力值。
优选的，所述步骤S20中，所述排气压力值的计算包括以下方法：
S21、根据二氧化碳饱和压力温度关系以及检测的吸气压力P0算出蒸发温度to[℃]；
S22、根据蒸发温度to和气体冷却器出口tc[℃]分别按下式计算2个参考压力值：
Pl＝1+2.44×tc
Ph＝(2.778-0.0157×to)×tc+0.381×to-9.34
S23、将Pl、Ph和当前测得的排气压力Pc代入到压缩机按照行业标准给出的输入功率P和制冷量Q的多项式中，分别计算COP值；
跨临界二氧化碳压缩机的多项式形式如下：
y＝c1+c2×to+c3×p_HP+c4×to^2+c5×to×p_HP+c6×p_HP^2+c7×to^3+c8×p_HP×to^2+c9×to×p_HP^2+c10×p_HP^3；
其中，y为待求的性能参数：输入功率P和制冷量Q；
p_HP为排气压力；
to为蒸发温度；
c1-10为压缩机厂家提供的系数；
再根据P和Q，分别计算Pl、Ph、Pc对应的COP值；COPl、COPh、COPc；
S24、在Pl和Ph确定的区间范围内，以二分法求COP最大的压力值Pm；
其中，收算法收敛判据为：COP两次计算相对偏差的绝对值小于0.1或Pm两次迭代绝对差值小于0.02bar；
S25、比较Pm的COPm与之前计算的COPC，如果COPm值更高则Pm为新的排气压力目标值，否则控制器不调整高压节流调节阀的阀门开度。
一种新型跨临界二氧化碳排气压力控制系统，包括：吸气压力传感器，所述吸气压力传感器安装在所述压缩机的进气口；排气压力传感器，所述排气压力传感器安装在所述压缩机的进气口；冷却温度传感器，所述冷却温度传感器安装在所述气体冷却器的出口处；高压节流调节阀，所述高压节流调节阀安装在所述气体冷却器的出口处；及可编程控制器，所述可编程控制器分别与所述吸气压力传感器、排气压力传感器、冷却温度传感器和高压节流调节阀连接。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
本发明提供的一种新型跨临界二氧化碳排气压力控制方法通过检测压缩机的进口压力、出口压力和气体冷却器的出口温度，并根据优化排气压力算法算出当前工况下的排气压力优化值，然后调节气体冷却器出口的高压节流调节阀的阀门开度获得目标压力值，控制方法简单、可靠、能够有效提升制冷系统的性能系数。
附图说明
图1是一种新型跨临界二氧化碳排气压力控制系统的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步说明。
实施例一
如图1所示，二氧化碳制冷系统包括依次连接的压缩机1、气体冷却器2、高压节流调节阀3、储液器4、膨胀阀5和蒸发器6。
本发明的工作原理如下：通过在压缩机1吸气口和排气口安装压力传感器，同时在二氧化碳气体冷却器2出口安装温度传感器，将三路信号输入可编程控制器74，可编程控制器74通过优化排气压力算法算出当前工况下的排气压力优化值，然后调节气体冷却器2出口的高压节流调节阀3的阀门开度获得目标压力值。
一种新型跨临界二氧化碳排气压力控制方法如下：
1、由吸气压力传感器得到吸气压力P0[bar]，根据二氧化碳饱和压力温度关系，算出蒸发温度to[℃]；
2、根据蒸发温度to和气体冷却器出口处的冷却温度传感器得到的温度tc[℃]分别按下式计算2个参考压力值：
Pl＝1+2.44×tc
Ph＝(2.778-0.0157×to)×tc+0.381×to-9.34
3、将Pl、Ph和当前测得的排气压力Pc代入到压缩机按照行业标准给出的P(输入功率)和Q(制冷量)的多项式中，分别计算COP值；
跨临界二氧化碳压缩机的多项式形式如下：
y＝c1+c2×to+c3×p_HP+c4×to^2+c5×to×p_HP+c6×p_HP^2+c7×to^3+c8×p_HP×to^2+c9×to×p_HP^2+c10×p_HP^3
其中，y为待求的性能参数：输入功率P和制冷量Q；
p_HP为排气压力；
to为蒸发温度；
c1-10为压缩机厂家提供的系数；
再根据P和Q，分别计算Pl、Ph、Pc对应的COP值；COPl、COPh、COPc；
4、在Pl和Ph确定的区间范围内，以二分法求COP最大的压力值Pm；其中，收算法收敛判据为：COP两次计算相对偏差的绝对值小于0.1或Pm两次迭代绝对差值小于0.02bar；
5、比较Pm的COPm与之前计算的COPC，如果COPm值更高则Pm为新的排气压力目标值，否则控制器不调整高压节流调节阀的阀门开度。
实施例二
如图1所示，一种新型跨临界二氧化碳排气压力控制系统，包括：吸气压力传感器71、排气压力传感器72、冷却温度传感器73、高压节流调节阀3、可编程控制器74。吸气压力传感器71安装在压缩机1的进气口；排气压力传感器72安装在压缩机1的进气口；冷却温度传感器73安装在气体冷却器2的出口处；高压节流调节阀3安装在气体冷却器2的出口处；可编程控制器74分别与吸气压力传感器71、排气压力传感器72、冷却温度传感器73和高压节流调节阀3连接。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种新型跨临界二氧化碳排气压力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10、分别检测压缩机的吸气口和排气口的压力，以及检测气体冷却器的出口温度；
S20、根据上述压力和温度计算当前工况下排气压力值；
S30、调节气体冷却器出口上的高压节流调节阀的开度，使压力值到达所述步骤S20中得到的排气压力值。
2.根据权利要求1所述的一种新型跨临界二氧化碳排气压力控制方法，其特征在于，
所述步骤S20中，所述排气压力值的计算包括以下方法：
S21、根据二氧化碳饱和压力温度关系以及检测的吸气压力P0算出蒸发温度to[℃]；
S22、根据蒸发温度to和气体冷却器出口tc[℃]分别按下式计算2个参考压力值：
Pl＝1+2.44×tc
Ph＝(2.778-0.0157×to)×tc+0.381×to-9.34
S23、将Pl、Ph和当前测得的排气压力Pc代入到压缩机按照行业标准给出的输入功率P和制冷量Q的多项式中，分别计算COP值；
跨临界二氧化碳压缩机的多项式形式如下：
y＝c1+c2×to+c3×p_HP+c4×to^2+c5×to×p_HP+c6×p_HP^2+c7×to^3+c8×p_HP×to^2+c9×to×p_HP^2+c10×p_HP^3；
其中，y为待求的性能参数：输入功率P和制冷量Q；
p_HP为排气压力；
to为蒸发温度；
c1-10为压缩机厂家提供的系数；
再根据P和Q，分别计算Pl、Ph、Pc对应的COP值；COPl、COPh、COPc；
S24、在Pl和Ph确定的区间范围内，以二分法求COP最大的压力值Pm；
其中，收算法收敛判据为：COP两次计算相对偏差的绝对值小于0.1或Pm两次迭代绝对差值小于0.02bar；
S25、比较Pm的COPm与之前计算的COPC，如果COPm值更高则Pm为新的排气压力目标值，否则控制器不调整高压节流调节阀的阀门开度。
3.一种新型跨临界二氧化碳排气压力控制系统，其特征在于，包括：
吸气压力传感器，所述吸气压力传感器安装在所述压缩机的进气口；
排气压力传感器，所述排气压力传感器安装在所述压缩机的进气口；
冷却温度传感器，所述冷却温度传感器安装在所述气体冷却器的出口处；
高压节流调节阀，所述高压节流调节阀安装在所述气体冷却器的出口处；及
可编程控制器，所述可编程控制器分别与所述吸气压力传感器、排气压力传感器、冷却温度传感器和高压节流调节阀连接。
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