CN115585565A - 一种大冷量离心机组电动节流机构的精确控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冷水机组技术领域，具体为一种大冷量离心机组电动节流机构的精确控制方法，开机阶段，电动调节阀打开至初始开度V0，当蒸发器的实测温差TL大于温差保护设定值Tp时，电动调节阀快速打开至温差保护开度Vp；软加载阶段，压缩机的导叶片不断开启，电动调节阀的前后压差△P、压缩机的电流百分比Ip持续增加，通过实测温差TL值控制电动调节阀；稳定运行阶段，微处理器对电动调节阀的前后压差△P及压缩机电流百分比Ip进行采样，计算出电动调节阀的实时开度值Va并反馈至电动执行器一，电动执行器一控制电动调节阀的启闭；机组停机阶段，电动调节阀保持停机时的开度，当冷凝器的冷凝压力Pc等于蒸发器的蒸发压力PE时，电动调节阀关闭。

Description

一种大冷量离心机组电动节流机构的精确控制方法
技术领域
本发明涉及冷水机组技术领域，具体涉及一种大冷量离心机组电动节流机构的精确控制方法。
背景技术
大冷量离心式冷水机组维持蒸发器液位处于合适高度，关系到汽液分离的速度，并且蒸发器合适的液位高度是确保压缩机稳定运行的重要参数。液位过高会影响汽液分离，产生压缩机吸气带液现象，压缩机运行功率波动剧烈，影响压缩机传动部件及电机寿命；反之，液位过低会导致蒸发压力低，如不及时调节就会使蒸发器里的液体制冷剂全部汽化，机组制冷能力大打折扣，严重时会导致离心压缩机发生喘振而遭到破坏。在某些工艺用冷水机组，对蒸发器出水温度的控制精度要求极为严格，这就要求在机组运行过程中也不允许出现蒸发器液位忽高忽低的现象。同时，蒸发器液位处于合理的范围内，对于压缩机回油系统的稳定工作也有利。综上，实现对电动调节装置的精确控制，维持蒸发器液位处于合适高度就显得尤为重要。
发明内容
本发明针对现有技术中如何维持蒸发器液位处于合适高度的问题，提供一种大冷量离心机组电动节流机构的精确控制方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种大冷量离心机组电动节流机构的精确控制方法，包括微处理器及与所述微处理器通信连接的压缩机、电动执行器一、冷凝器和蒸发器，所述蒸发器的出气口与所述压缩机连接，所述压缩机通过排气管与所述冷凝器连接，所述冷凝器的出液口通过出液管路与所述蒸发器连接，所述出液管路上设有电动调节阀，所述电动调节阀上设有所述电动执行器一，控制步骤如下：
开机阶段，所述电动调节阀打开至初始开度V0，当所述蒸发器的实测温差TL大于温差保护设定值Tp时，所述电动调节阀快速打开至温差保护开度Vp；
软加载阶段，所述压缩机的导叶片不断开启，所述电动调节阀的前后压差△P、压缩机的电流百分比Ip持续增加，机组进入蒸发器的小温差控制模式，当蒸发器冷水的实际出水温度TE02≤目标出水温度时，机组软加载结束；
稳定运行阶段，微处理器对电动调节阀的前后压差△P及压缩机电流百分比Ip进行采样，计算出电动调节阀的实时开度值Va，所述微处理器将所述实时开度值Va转化为电信号并反馈至电动执行器一，所述电动执行器一控制所述电动调节阀的启闭；
机组停机阶段，所述电动调节阀保持停机时的开度，当所述冷凝器的冷凝压力Pc等于所述蒸发器的蒸发压力PE时，所述电动调节阀关闭。
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，在所述软加载阶段，所述微处理器持续监测实测温差TL值：
当TL值小于设定下限值A时，所述电动调节阀每间隔一定时间Ta秒，开度按照a%关小；
当TL值大于设定上限值B时，所述电动调节阀每间隔一定时间Tb秒，开度按照b%开大；
当A≤TL值≤B时，所述电动调节阀开度保持。
进一步，所述实时开度值Va的计算公式如下：
Figure 222495DEST_PATH_IMAGE001
其中，Ip为压缩机运行电流百分比%，VD为电动调节阀在机组设计工况的开度值%，△PA为机组实际运行过程电动调节阀前后压差，△PD为机组在设计工况下电动调节阀前后压差。
进一步，在触发预防保护逻辑时，当所述蒸发器的蒸发压力PE＜蒸发压力设定预警值C，机组无其它报警提示时，所述电动调节阀进入保护性控制逻辑，所述电动调节阀每间隔一定时间Tc，开度按照c%开大。
进一步，当所述蒸发器的蒸发压力PE＜蒸发压力低保护值D，所述电动调节阀快速开至温差保护开度Vp。
进一步，当所述压缩机运行过程中发生喘振时，所述电动调节阀保持开度。
进一步，所述实测温差TL的计算公式为：TL=TE02-TE03，其中，TE02为蒸发器冷水的出口温度；TE03为蒸发器冷媒的饱和温度。
进一步，所述电动调节阀的前后压差△P的计算公式为：△P=Pc-PE，Pc为冷凝器的冷凝压力；PE蒸发器的蒸发压力。
进一步，所述压缩机电流百分比Ip的计算公式为：Ip=IA/IR，其中，IA为压缩机电机的实际运行电流，IR为压缩机电机的额定运行电流。
本发明的有益效果是：根据电动调节阀的前后压差△P、电流百分比Ip与蒸发器的实测温差TL，并结合压缩机的实际工作状态，对电动调节阀的开度进行调节，从而使蒸发器的液位处于相对稳定的状态，解决因液位过高，压缩机吸气带液而影响压缩机传动部件及电机寿命的问题，并解决因液位过低，影响机组制冷能力的问题，降低压缩机发生喘振的频率，保证机组稳定运行。
附图说明
图1为本发明的控制逻辑图；
图2为本发明定压比下导叶片开度与制冷剂流量的对应关系；
图3为本发明电动调节阀的调节特性曲线。
附图标记记录如下：1、微处理器；2、压缩机；2.1、导叶片；2.2、电机；2.3、叶轮；3、冷凝器；4、蒸发器；5、电动调节阀；6、电动执行器一；7、排气管；8、电动执行器二。
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。
如图1至图3所示，本发明公开了一种大冷量离心机组电动节流机构的精确控制方法，包括微处理器1及与所述微处理器1通信连接的压缩机2、电动执行器一6、冷凝器3和蒸发器4，其中蒸发器4为满液式蒸发器，微处理器1上设有控制面板，方便操作，所述蒸发器4的出气口与所述压缩机2连接，所述压缩机2通过排气管7与所述冷凝器3连接，所述冷凝器3的出液口通过出液管路与所述蒸发器4连接，所述出液管路上设有电动调节阀5，所述电动调节阀5上设有所述电动执行器一6。为了维持蒸发器4内的液位稳定，需要保证进出蒸发器4的冷媒制冷剂质量流量相等，即保证压缩机的吸气量与蒸发器4底部的节流装置的供液量达到一种动态平衡。
在本实施例中，压缩机2为离心式压缩机，微处理器1通过电动执行器二8控制导叶片2.1的开启或关闭，压缩机2的吸气量的多少主要体现在导叶片2.1的开度，导叶片2.1开度越大，表明压缩机2吸气量越大；反之，则越小。定压差下导叶片2.1开度与制冷剂流量的对应关系见附图2，从图中可以看出，导叶片2.1开度与吸气流量的对应关系比较复杂，导叶片2.1开度在50%-70%时，导叶片2.1开度对吸气流量的影响比较明显，导叶片2.1开度在70%以上时，开大导叶片2.1对吸气流量的影响不大，所以以导叶片2.1的开度定义压缩机的运行负荷有一定的局限性。
此外，定义蒸发器4的进出水温差为冷水的进口温度TE01减去冷水的出口温度TE02，以此作为压缩机的运行负荷，由于客户现场的冷水流量很难达到额定水流量，因此以蒸发器4的进出水温差定义压缩机的运行负荷也有一定的局限性。
由于离心式压缩机作为速度型压缩机，依靠高速旋转的叶轮2.3对流体做功，将机械能转变为流体的动能及内能，叶轮2.3的旋转依靠电机2.2的带动，电机2.2的耗能可间接的体现叶轮2.3对流体做功的多少，因此，本发明采用压缩机运行电流百分比Ip定义压缩机2的运行负荷。
节流装置的供液量受电动调节阀5的流量特性与电动调节阀5前后压差的影响，对 制冷系统来讲，电动调节阀5的前后压差△P主要由蒸发器4的蒸发压力PE与冷凝器3的冷凝 压力Pc来决定：△P=Pc-PE；由于冷水机组的供液管路较短，管路的沿程阻力损失可以忽略， 由电动调节阀5的调节特性可知，流体的体积流量与压差的平方根成正比关系:
Figure 858007DEST_PATH_IMAGE002
；在电动调节阀5开度相同的条件下，压差越大，流体的体积流量越大，电动 调节阀5的调节特性曲线见图3，其中，横坐标表示额定行程百分比，纵坐标表示最大流量百 分比，“Ⅰ”表示直线特性，“Ⅱ”表示等百分比特性曲线，“Ⅲ”为快开特性曲线，“Ⅳ”为抛物线 特性曲线。
综上所述，可以得出影响蒸发器4液位的主要因素是电动调节阀5的前后压差△P与制冷负荷。对满液式蒸发器来讲，蒸发器4的液位高低的关系可以通过换热温差来体现，在换热面积足够的前提下，换热温差大，说明蒸发器冷媒量不足；反之，换热温差小，说明蒸发器冷媒量偏多。因此，本发明通过电动调节阀的前后压差△P、电流百分比Ip与蒸发器的实测温差TL，并结合冷水机组的实际运行状态，对电动调节阀5进行有效控制方法，使蒸发器4液位处于相对稳定状态。
具体控制步骤如下：
开机阶段，所述电动调节阀5打开至初始开度V0，该初始开度V0可设定，导叶片2.1开启延时阶段，该开度保持，当所述蒸发器4的实测温差TL大于温差保护设定值Tp时，所述电动调节阀5快速打开至温差保护开度Vp，以满足冷媒的供液需求。所述快速打开，是指以电动执行器一6满负荷执行能力操作电动调节阀5的开启。
其中，所述实测温差TL的计算公式为：TL=TE02-TE03，其中，TE02为蒸发器冷水的出口温度；TE03为蒸发器冷媒的饱和温度；温差保护设定值Tp通过现有技术中换热器的设计计算进行确定。
软加载阶段，所述电动调节阀5打开至初始开度V0之后，系统即进入软加载阶段，所述压缩机2的导叶片2.1不断开启，所述电动调节阀5的前后压差△P、压缩机2的电流百分比Ip持续增加，所述压缩机电流百分比Ip的计算公式为：Ip=IA/IR，其中，IA为压缩机电机的实际运行电流，IR为压缩机电机的额定运行电流。压缩机2进入小温差控制模式，所述微处理器1持续监测实测温差TL值，通过实测温差TL值控制电动调节阀5：当TL值小于设定下限值A（可设定）时，所述电动调节阀5每间隔一定时间Ta秒（可设定），开度按照a%（可设定）关小；在本实施例中，所述电动调节阀5每间隔5秒，开度按照0.5%（可设定）关小。
当TL值大于设定上限值B（可设定）时，所述电动调节阀5每间隔一定时间Tb（可设定）秒，开度按照b%（可设定）开大；在本实施例中，所述电动调节阀5每间隔5秒，开度按照0.5%开大。
当A≤TL值≤B时，所述电动调节阀5开度保持。
当蒸发器4冷水的实际出水温度TE02≤设定的目标出水温度时，判定压缩机2软加载结束。
稳定运行阶段，微处理器1对电动调节阀5的前后压差△P及压缩机电流百分比Ip进行采样，采样周期为5秒，计算出电动调节阀5的实时开度值Va，所述微处理器1将所述实时开度值Va转化为电信号并反馈至电动执行器一6，所述电动执行器一6控制所述电动调节阀5的启闭，所述实时开度值Va的计算公式如下：
Figure 125041DEST_PATH_IMAGE001
其中，Ip为压缩机运行电流百分比%，VD为电动调节阀在机组设计工况的开度值%，△PA为机组实际运行过程电动调节阀前后压差，△PD为机组在设计工况下电动调节阀前后压差。
为了避免电动调节阀5频繁性动作，电动调节阀5在上一个采样周期与下一个采样周期，电动调节阀5的实时开度值Va差值在±1%以内时，电动调节阀5不动作。
在触发预防保护逻辑时，当所述蒸发器4的蒸发压力PE＜蒸发压力设定预警值C，机组无其它报警提示时，所述电动调节阀5进入保护性控制逻辑：所述电动调节阀5每间隔一定时间Tc（可设定），开度按照c%（可设定）开大，在本实施例中，电动调节阀5每间隔5秒，开度按照5%开大；当所述蒸发器的蒸发压力PE＜蒸发压力低保护值D，所述电动调节阀5快速开至温差保护开度Vp，停机检查。通过上述控制有利于迅速平衡机组内的系统压力，降低机组内蒸发管出现冻管的风险。
当所述压缩机2运行过程中发生喘振时，冷凝器3的冷凝压力Pc、蒸发器4的蒸发压力PE、压缩机运行电流百分比Ip会发生剧烈波动，此时，电动调节阀5不易控制，因此，电动调节阀5保持开度保持，避免频繁过度调节，其中在本实施例中，喘振发生判定条件为：在60S的周期内，压缩机2的电机电流百分比变化量Ip≥15%的次数超过10次，即表示发生喘振。
机组停机阶段，所述电动调节阀5保持停机时的开度，当所述冷凝器3的冷凝压力Pc等于所述蒸发器4的蒸发压力PE时，所述电动调节阀5关闭，通过上述控制可避免停机阶段，冷凝器3出现结露的问题。
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 (9)

1.一种大冷量离心机组电动节流机构的精确控制方法，包括微处理器及与所述微处理器通信连接的压缩机、电动执行器一、冷凝器和蒸发器，所述蒸发器的出气口与所述压缩机连接，所述压缩机通过排气管与所述冷凝器连接，所述冷凝器的出液口通过出液管路与所述蒸发器连接，所述出液管路上设有电动调节阀，所述电动调节阀上设有所述电动执行器一，其特征在于，控制步骤如下：
开机阶段，所述电动调节阀打开至初始开度V0，当所述蒸发器的实测温差TL大于温差保护设定值Tp时，所述电动调节阀快速打开至温差保护开度Vp；
软加载阶段，所述压缩机的导叶片不断开启，所述电动调节阀的前后压差△P、压缩机的电流百分比Ip持续增加，机组进入蒸发器的小温差控制模式，当蒸发器冷水的实际出水温度TE02≤目标出水温度时，机组软加载结束；
稳定运行阶段，微处理器对电动调节阀的前后压差△P及压缩机电流百分比Ip进行采样，计算出电动调节阀的实时开度值Va，所述微处理器将所述实时开度值Va转化为电信号并反馈至电动执行器一，所述电动执行器一控制所述电动调节阀的启闭；
机组停机阶段，所述电动调节阀保持停机时的开度，当所述冷凝器的冷凝压力Pc等于所述蒸发器的蒸发压力PE时，所述电动调节阀关闭。
2.根据权利要求1所述的精确控制方法，其特征在于，在所述软加载阶段，所述微处理器持续监测实测温差TL值：
当TL值小于设定下限值A时，所述电动调节阀每间隔一定时间Ta秒，开度按照a%关小；
当TL值大于设定上限值B时，所述电动调节阀每间隔一定时间Tb秒，开度按照b%开大；
当A≤TL值≤B时，所述电动调节阀开度保持。
3.根据权利要求1或2所述的精确控制方法，其特征在于，所述实时开度值Va的计算公式如下：
Figure 878704DEST_PATH_IMAGE001
其中，Ip为压缩机运行电流百分比%，VD为电动调节阀在机组设计工况的开度值%，△PA为机组实际运行过程电动调节阀前后压差，△PD为机组在设计工况下电动调节阀前后压差。
4.根据权利要求1或2所述的精确控制方法，其特征在于，在触发预防保护逻辑时，当所述蒸发器的蒸发压力PE＜蒸发压力设定预警值C，机组无其它报警提示时，所述电动调节阀进入保护性控制逻辑，所述电动调节阀每间隔一定时间Tc，开度按照c%开大。
5.根据权利要求4所述的精确控制方法，其特征在于，当所述蒸发器的蒸发压力PE＜蒸发压力低保护值D，所述电动调节阀快速开至温差保护开度Vp。
6.根据权利要求1或2所述的精确控制方法，其特征在于，当所述压缩机运行过程中发生喘振时，所述电动调节阀保持开度。
7.根据权利要求1或2所述的精确控制方法，其特征在于，所述实测温差TL的计算公式为：TL=TE02-TE03，其中，TE02为蒸发器冷水的出口温度；TE03为蒸发器冷媒的饱和温度。
8.根据权利要求1所述的精确控制方法，其特征在于，所述电动调节阀的前后压差△P的计算公式为：△P=Pc-PE，Pc为冷凝器的冷凝压力；PE蒸发器的蒸发压力。
9.根据权利要求1所述的精确控制方法，其特征在于，所述压缩机电流百分比Ip的计算公式为：Ip=IA/IR，其中，IA为压缩机电机的实际运行电流，IR为压缩机电机的额定运行电流。
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