CN116608602B - 一种离心式机组及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及离心式机组技术领域，公开了一种离心式机组及其控制方法，所述机组包括：冷凝器、蒸发器、压缩机、润滑油箱、换热器，所述冷凝器的出液端还通过油箱冷却管连通至润滑油箱，所述油箱冷却管上设有油箱冷却电磁阀，所述润滑油箱还经均压管连通至所述蒸发器。由此，本发明的离心式机组在开机阶段，可以直接利用液态冷剂直接导入油箱内对润滑油进行冷却，避免润滑油过热，本发明还公开了前述机组的控制方法。

Description

一种离心式机组及其控制方法
技术领域
本发明涉及离心式机组领域，尤其涉及一种离心式机组及其控制方法。
背景技术
离心式机组既可以用于制冷，也可以用于制热。离心式机组内包括冷凝器、蒸发器和压缩机，由于压缩机需要持续的高速旋转，所以需要很好的润滑，在离心式机组中，给压缩机提供润滑的润滑油与气态的冷剂是共存的，机组正常运行过程中，低温的液态冷剂被从冷凝器引入到换热器内对压缩机的润滑油进行冷却，换热后的气态冷剂从换热器进入到蒸发器内进入下一循环。因为正常运行状态下，冷凝器内的压力大于蒸发器内的压力，液态冷剂依靠冷凝器与蒸发器之间的压力差从冷凝器流向蒸发器，然而在机组启动时，内部的压力差达到能够驱动液态冷剂流动的压差，需要5-15分钟的时间，在这一压差还未建立的时间内，液态冷剂无法依靠冷凝器与蒸发器之间的压差实现流动，进而不能给压缩机的润滑油提供冷却，而压缩机在机组启动的一刻开始已经处于高速运转状态，在大概运行10秒后轴承就开始升温，若润滑油不能及时的得到冷却，会导致压缩机轴承持续处于高温状态，一旦超过了设置的报警温度，更是有可能触发保护程序，导致设备紧急停机。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种离心式机组及其控制方法，以克服背景技术中提及的机组开启阶段压缩机润滑油得不到及时冷却的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种离心式机组，包括：冷凝器、蒸发器、压缩机、润滑油箱、换热器，冷凝器用于将气态的冷剂冷却成液态冷剂；蒸发器用于将液态冷剂气化为气态冷剂；所述换热器内包括相互隔离但能够实现换热的第一部分和第二部分；
冷凝器的出液端通过冷却冷媒管连通至所述换热器的第一部分，所述换热器的第一部分还通过冷媒返回管连通至蒸发器；
所述润滑油箱经供油管连通至换热器的第二部分，所述换热器的第二部分还经管路连通至压缩机的润滑油供油口；
所述压缩机的回油口经管路连通至润滑油箱；
所述蒸发器的出气端经吸入管连通至压缩机的吸入口，所述压缩机的出气端经吐出管连通至冷凝器的吐出口；
所述冷凝器的出液端还通过油箱冷却管连通至润滑油箱，所述油箱冷却管上设有油箱冷却电磁阀，所述润滑油箱还经均压管连通至所述蒸发器。
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
在系统开机过程中，还没有完全建立起冷凝器与蒸发器之间足够大的压差时，冷凝器内的液态冷剂可以直接充入润滑油箱内为润滑油降温，确保压缩机运行的稳定性。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
优选地，还包括经济器，所述冷凝器的出液端经管路连通至经济器的入液端，所述经济器的出液端经管路连通至蒸发器，所述经济器的出气端经中间补气管连通至压缩机的补气端。
采用上述进一步方案的有益效果是，对于二级压缩机进行补气，提高系统能效。
优选地，还包括旁通管，所述旁通管的一端连接至冷凝器的出液端，另一端连通至蒸发器的入液端，所述旁通管上设有旁通阀。
采用上述进一步方案的有益效果是，可以根据工况进一步调节冷凝器流向蒸发器的液态冷剂的量，确保系统稳定运行。
前述离心式机组的控制方法，所述离心式机组的压缩机吸入口处设有导叶，所述导叶的开度可调，用于控制吸入管的开启度；包括以下步骤：
S1、设置导叶运转最低开度x和开机最低开度y，开机最低开度y>运转最低开度x；运转最低开度x是指：机组的能力调节中，最低能力时导叶的开度。通常机组开机时，导叶打开，开度至运转最低开度x，然后判断机组的负荷，继续开大开度，通常运转最低开度x较小。
S2、判断冷凝器压力Pc与蒸发器压力Pe之间的压力差P差=Pc-Pe是否小于等于预设值a，若是，设置导叶最低开度为开机最低开度y，否则设置导叶最低开度为运转最低开度x；
Sm、获取机组的负荷大小，并根据机组的负荷调节导叶开度，导叶的开度跟机组负荷是适配的。
进一步地，
步骤S2之后，Sm之前，还包括S3、若导叶最低开度设置为开机最低开度y，判断蒸发器压力Pe是否小于等于预设值d，若是，打开旁通阀，否则关闭旁通阀；
若导叶最低开度设置为运转最低开度x，判断蒸发器换热温差ELTD是否小于等于预设值b，若是，打开旁通阀，否则关闭旁通阀，其中，ELTD=Teo-Te ，Teo为蒸发器出水温度，Te为蒸发器内冷剂的蒸发温度。
进一步地，步骤S2之后，Sm之前，还可包括另一种S3、若导叶最低开度设置为开机最低开度y，判断润滑油的油温To是否小于等于设定值c，若否，开启油箱冷却电磁阀，否则关闭油箱冷却电磁阀。
进一步地，上一种步骤S3中，若导叶最低开度设置为开机最低开度y，还包括判断蒸发器压力Pe是否小于等于预设值d，若否，关闭旁通阀，否则，打开旁通阀。
进一步地，若导叶最低开度设置为运转最低开度x，意味着目前系统已经进入了正常运转状态，不再处于开机阶段，内部的压力差已经能够驱动液态冷剂流动，进而足以给压缩机的润滑油提供冷却，所以，此时可以选择关闭油箱冷却电磁阀。
附图说明
图1为实施例1的离心式机组的结构示意图；
图2为实施例1的第一种控制逻辑图；
图3为实施例1的第二种控制逻辑图；
图4为实施例1的第三种控制逻辑图；
图5为实施例1的第四种控制逻辑图。
在附图中，各标号所表示的部件名称列表如下：
1、冷凝器；2、蒸发器；3、压缩机；4、润滑油箱；5、换热器；6、冷却冷媒管；7、冷媒返回管；8、供油管；9、供油口；10、回油口；11、吸入口；12、吸入管；13、吐出管；14、油箱冷却管；15、油箱冷却电磁阀；16、均压管；17、经济器；18、补气管；19、旁通管；20、旁通阀。
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。
实施例1：
请参照图1所示，其为本发明的离心式机组，包括：冷凝器1、蒸发器2、压缩机3、润滑油箱4、换热器5，冷凝器1用于将气态的冷剂冷却成液态冷剂；蒸发器2用于将液态冷剂气化为气态冷剂；所述换热器5内包括相互隔离但能够实现换热的第一部分和第二部分；
冷凝器1的出液端通过冷却冷媒管6连通至所述换热器5的第一部分，所述换热器5的第一部分还通过冷媒返回管7连通至蒸发器2；
所述润滑油箱4经供油管8连通至换热器5的第二部分，所述换热器5的第二部分还经管路连通至压缩机3的润滑油供油口9；
所述压缩机3的回油口10经管路连通至润滑油箱4；所述离心式机组的压缩机3吸入口11处设有导叶，所述导叶的开度可调，用于控制吸入管12的开启度。
所述蒸发器2的出气端经吸入管12连通至压缩机3的吸入口11，所述压缩机3的出气端经吐出管13连通至冷凝器1的吐出口；
所述冷凝器1的出液端还通过油箱冷却管14连通至润滑油箱4，所述油箱冷却管14上设有油箱冷却电磁阀15，所述润滑油箱4还经均压管16连通至所述蒸发器2。
离心式机组还包括经济器17，所述冷凝器1的出液端经管路连通至经济器17的入液端，所述经济器17的出液端经管路连通至蒸发器2，所述经济器17的出气端经中间补气管18连通至压缩机3的补气端。
离心式机组还包括旁通管19，所述旁通管19的一端连接至冷凝器1的出液端，另一端连通至蒸发器2的入液端，所述旁通管19上设有旁通阀20。
实施例1的第一种控制逻辑：
本例为实施例1中所述离心式机组的第一种控制方法，如图2所示，包括以下步骤：
S1、设置导叶的控制参数“运转最低开度x”为5°，设置导叶的控制参数“开机最低开度y”为25°；
S2、判断冷凝器1压力Pc与蒸发器2压力Pe之间的压力差P差=Pc-Pe是否小于等于预设值a，a=200kpa，若是，意味着当前机组内部还未建立起合理的内部工况，机组仍然处于开机阶段，则设置导叶最低开度为开机最低开度y，否则，意味着机组内部已经达到平衡，在正常工况下工作，此时设置导叶最低开度为运转最低开度x；
Sm、获取机组的负荷大小，并根据机组的负荷调节导叶开度，机组负荷大于导叶当前开度对应的设计负荷，开大导叶开度，机组负荷小于导叶当前开度对应的设计负荷，降低导叶开度，返回步骤S2。
导叶的开启范围为0°至90°，开度为90°，意味着全开状态，开度为0°意味着完全关闭状态。导叶开度跟系统的负荷是匹配的，比如导叶90%的开度对应机组100%的设计负荷，10%的开度对应机组最小的负荷，运行中，根据具体设计情况，当机组负荷与导叶开度不匹配时，根据机组负荷对导叶开度进行调节，机组负荷大于导叶开度对应的负荷时，则开大导叶开度，机组负荷小于导叶开度对应的负荷时，则降低导叶开度。运转最低开度x是指：在机组根据负荷进行适应性调节功率时，系统能够持续稳定运行的最小功率对应的导叶开度；机组设计时，一般设计当机组处于正常工作状态时，导叶开度在20°~90°之间。
传统机组开机时，导叶打开至运转最低开度x，运转最低开度x较小，一般在5°~10°之间，然后持续判断机组的负荷，根据负荷情况持续开大开度直至正常工作状态。然而开机环节，由于系统内的各个压力状态还处于建立阶段，导叶开度小会影响系统进入稳定状态的速度，所以本例中将导叶的最小开度设置为开机最低开度y，并将开机最低开度y设置为比运转最低开度x大的一个数值，本例中可设置为10°~25°，以便使系统尽快进入设计工况；即通过判断机组内冷凝器1压力与蒸发器2压力的差值，判断机组当前是否处于开机阶段，若是，则将导叶的最低开度这一参数设置在一个比运转最低开度x大的开度上，以便使系统内部尽快达到平衡状态，到达设计工况。
虽然开机阶段，增大导叶开度有利于系统尽快到达设计工况，但是由于机组的工作是一个系统性的工作，并非单纯只有这一个指标需要调节，所以开机阶段导叶的开度也不适合开到很大，比如，若开机阶段强制性将导叶开度设置为90°全开状态，虽然理论上能够以最快的速度使系统内到达所需压差，然而这样的开度设置，可能会导致蒸发器2内压力急剧下降，蒸发器2压力的下降，会使蒸发温度降低，若蒸发温度降低至0℃以下则会出现冻管现象，所以综合考虑，开机阶段导叶的开度也不能开启太大。
基于上述控制方法，相比于传统的控制方法而言，通过判断系统的工作阶段，选择恰当的工作参数，可在确保设备安全的前提下，加快系统到达设计工况的速度。
实施例1的第二种控制逻辑：
在实施例1的第一种控制逻辑基础上，做进一步的改进，如图3所示，在步骤S2之后，Sm之前，增加步骤S3、若导叶最低开度为开机最低开度y，判断蒸发器2压力Pe是否小于等于预设值d，其中d=250 kpa，若是，打开旁通阀20，否则关闭旁通阀20，因为当蒸发器2内的蒸发压力小于d时，意味着蒸发器2内压力偏低，可能会发生冻管现象，导致设备故障，所以此时应及时增大液态冷剂供应量，提高蒸发器2内的压力，确保设备的安全。
若导叶最低开度为运转最低开度x，进一步判断蒸发器2换热温差ELTD是否小于等于预设值b，其中b=1.5℃，若否，打开旁通阀20，否则关闭旁通阀20，其中ELTD=Teo-Te ，Teo为蒸发器2出水温度，Te为蒸发器2内冷剂的蒸发温度。导叶最低开度为运转最低开度x意味着系统目前处于正常运转状态，正常运转状态理论上不会发生冻管的情况，所以此时对旁通阀20的控制更多是基于提高整个系统能效的考虑，而非安全考虑，故通过蒸发器2换热温差ELTD来调节旁通阀20的开度。
请注意，本例中与实施例1的第一种控制逻辑图中完全相同的步骤S1和Sm，在图3中仅示意了其所在位置，未在框内重复填写相关文字信息。
本实施例首先判断机组当前所处的工作阶段，根据不同的工作阶段，采取不同的判断依据来控制旁通阀20的开关。在开机阶段确保系统安全，避免蒸发器2内发生冻管现象。
实施例1的第三种控制逻辑：
本例是与实施例1的第二种控制逻辑并列的技术方案，如图4所示，S3中，若导叶最低开度为开机最低开度y，判断润滑油的油温To是否小于等于设定值c，本例中设c=65℃，若否，开启油箱冷却电磁阀15，若是关闭油箱冷却电磁阀15。
由于开机阶段，冷凝器1与蒸发器2之间的压差还没有建立起来，液态冷剂还不能顺畅的在压差的作用下为压缩机3润滑油提供冷却功能，此时，将冷凝器1内的低温液态冷剂直接通入润滑油箱4内，与润滑油进行混合接触式降温，气化的冷剂经均压管16返回蒸发器2内，冷剂在润滑油中的溶解度有限，不会影响润滑油的性质，也不会影响冷剂的量，确保压缩机3运转的安全性。
同样请注意，本例中与实施例1的第一种控制逻辑图中完全相同的步骤S1和Sm，在图4中仅示意了其所在位置，未在框内重复填写相关文字信息。
实施例1的第四种控制逻辑：
本例在实施例1的第三种控制逻辑的基础上，做进一步的改进，如图5所示，若导叶最低开度为开机最低开度y，判断润滑油的油温To是否小于等于设定值c，其中c=65℃，若否，开启油箱冷却电磁阀15，否则关闭油箱冷却电磁阀15，进一步判断蒸发器2压力Pe是否小于等于预设值d，其中d=250kpa，若否，关闭旁通阀20，若是，打开旁通阀20。
同样请注意，本例中与实施例1的第一种控制逻辑图中完全相同的步骤S1和Sm，在图5中仅示意了其所在位置，未在框内重复填写相关文字信息。
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 (6)

1.一种离心式机组，包括：冷凝器、蒸发器、压缩机、润滑油箱、换热器，冷凝器用于将气态的冷剂冷却成液态冷剂；蒸发器用于将液态冷剂气化为气态冷剂；所述换热器内包括相互隔离但能够实现换热的第一部分和第二部分；其特征在于：
具有在冷凝器与蒸发器之间建立足够压力之前，对润滑油进行及时冷却的功能；
冷凝器的出液端通过冷却冷媒管连通至所述换热器的第一部分，所述换热器的第一部分还通过冷媒返回管连通至蒸发器；
所述润滑油箱经供油管连通至换热器的第二部分，所述换热器的第二部分还经管路连通至压缩机的润滑油供油口；
所述压缩机的回油口经管路连通至润滑油箱；
所述蒸发器的出气端经吸入管连通至压缩机的吸入口，所述压缩机的出气端经吐出管连通至冷凝器的吐出口；
所述冷凝器的出液端还通过油箱冷却管连通至润滑油箱，所述油箱冷却管上设有油箱冷却电磁阀，所述润滑油箱还经均压管连通至所述蒸发器；
所述离心式机组的压缩机吸入口处设有导叶，所述导叶的开度可调，用于控制吸入管的开启度；包括以下步骤：
S1、设置导叶运转最低开度x和开机最低开度y，开机最低开度y>运转最低开度x；开机最低开度y 满足条件：10°≤y≤25°；
S2、判断冷凝器压力Pc与蒸发器压力Pe之间的压力差P差=Pc-Pe是否小于等于预设值a，若是，设置导叶最低开度为开机最低开度y，否则设置导叶最低开度为运转最低开度x；
Sm、获取机组的负荷大小，并根据机组的负荷调节导叶开度。
2.根据权利要求1所述的离心式机组，其特征在于，还包括经济器，所述冷凝器的出液端经管路连通至经济器的入液端，所述经济器的出液端经管路连通至蒸发器，所述经济器的出气端经中间补气管连通至压缩机的补气端。
3.根据权利要求1或2所述的离心式机组，其特征在于，还包括旁通管，所述旁通管的一端连接至冷凝器的出液端，另一端连通至蒸发器的入液端，所述旁通管上设有旁通阀。
4.根据权利要求3所述的离心式机组，其特征在于，步骤S2之后，Sm之前，还包括S3、若导叶最低开度为开机最低开度y，判断蒸发器压力Pe是否小于等于预设值d，若是，打开旁通阀，否则关闭旁通阀；
若导叶最低开度为运转最低开度x，判断蒸发器换热温差ELTD是否小于等于预设值b，若否，打开旁通阀，否则关闭旁通阀，其中ELTD=Teo-Te，Teo为蒸发器出水温度，Te为蒸发器内冷剂的蒸发温度。
5.根据权利要求4所述的离心式机组，其特征在于，步骤S2之后，Sm之前，还包括步骤S3、若导叶最低开度为开机最低开度y，判断润滑油的油温To是否小于等于设定值c，若否，开启油箱冷却电磁阀，否则关闭油箱冷却电磁阀；
若导叶最低开度为运转最低开度x，判断蒸发器换热温差ELTD是否小于等于预设值b，若否，打开旁通阀，否则关闭旁通阀，其中，ELTD=Teo-Te ， Teo为蒸发器出水温度，Te为蒸发器内冷剂的蒸发温度。
6.根据权利要求5所述的离心式机组，其特征在于，若导叶最低开度为开机最低开度y，在判断完润滑油的油温To之后，还包括判断蒸发器压力Pe是否小于等于预设值d的步骤，具体为，判断蒸发器压力Pe是否小于等于预设值d，若否，关闭旁通阀，否则打开旁通阀。
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