CN116754273B - 一种冷水机组逆温工况测试系统及工况机组控制策略 - Google Patents
一种冷水机组逆温工况测试系统及工况机组控制策略 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于冷水机组制冷测试技术领域,尤其涉及一种冷水机组逆温工况测试系统及工况机组控制策略。一种冷水机组逆温工况测试系统包括模拟逆温工况、对测试样机进行测试的测试子系统,以及将测试子系统中的热量排入周围环境的散热子系统;测试样机包括测试样机蒸发器、测试样机冷凝器;测试子系统包括工况机组、测试样机冷冻水泵、测试样机冷却水泵以及管路;工况机组包括工况机组冷凝器和工况机组蒸发器;散热子系统包括冷却塔、工况机组冷凝器水泵以及管路。本发明可以在逆温工况下对水冷冷水机组的性能进行高效且节能的测试。
Description
技术领域
本发明属于冷水机组制冷测试技术领域,尤其涉及一种冷水机组逆温工况测试系统及工况机组控制策略。
背景技术
随着科技的进步,制冷技术在现代生活中的应用也越来越广泛,发展也越来越成熟。
冷水机组,尤其是水冷冷水机组已广泛应用于各行业生产建设中,许多水冷冷水机组已具备了全年制冷运行的相应的技术条件。但在冬季,水冷冷水机组制冷运行,极有可能出现逆温工况,即蒸发器进水温度等于或高于冷凝器出水温度、蒸发器出水温度等于或高于冷凝器进水温度的情况。
然而,现有技术的水冷冷水机组测试系统不能稳定、灵活地模拟上述逆温工况,从而无法实现在逆温工况下对水冷冷水机组的性能进行高效且节能的测试。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足,提供一种冷水机组逆温工况测试系统,在逆温工况下对水冷冷水机组的性能进行高效且节能的测试。
为实现上述目的,本发明采用了以下技术方案:
一种冷水机组逆温工况测试系统,其特征在于,包括模拟逆温工况、对测试样机进行测试的测试子系统,以及将测试子系统中的热量排入周围环境的散热子系统; 测试样机包括测试样机蒸发器、测试样机冷凝器;测试子系统包括工况机组、测试样机冷冻水泵、测试样机冷却水泵以及管路;工况机组包括工况机组冷凝器和工况机组蒸发器;散热子系统包括冷却塔、工况机组冷凝器水泵以及管路;测试样机冷冻水泵的出水端与测试样机蒸发器的进水管路相连通,测试样机冷冻水泵的进水端与测试样机蒸发器的出水管路相连通;测试样机冷却水泵的出水端与测试样机冷凝器的进水管路相连通,测试样机冷却水泵的进水端与测试样机冷凝器的出水管路相连通;工况机组蒸发器通过在测试样机冷却水泵进水端以及测试样机冷凝器的出水管路之间并联管路,将蒸发冷量带入测试样机冷凝器内;工况机组冷凝器通过在测试样机冷冻水泵进水端以及测试样机蒸发器出水管路之间并联管路,将一部分冷凝热量带入测试样机蒸发器内;工况机组冷凝器还通过在管路上串联设置工况机组冷凝器水泵与冷却塔,将另一部分冷凝热量通过冷却塔排入周围环境中。
优选的,所述测试子系统还包括蒸发器兑水泵、工况机组冷凝器热回收换热器的低温侧、恒温水箱、冷凝器补水泵、工况机组蒸发器水泵;所述散热子系统还包括工况机组冷凝器热回收换热器的高温侧;测试样机冷冻水泵的进水端还与蒸发器兑水泵的出水端相连通,蒸发器兑水泵的进水端与工况机组冷凝器热回收换热器低温侧的出水管路相连通,工况机组冷凝器热回收换热器低温侧的进水管路与测试样机蒸发器的出水管路相连通;恒温水箱的第一出水端与冷凝器补水泵的进水端相连通,冷凝器补水泵的出水端分别与测试样机冷却水泵的进水端、恒温水箱的第一进水端相连通,测试样机冷凝器的出水管路与恒温水箱的第一进水端相连通;恒温水箱的第二出水端与工况机组蒸发器水泵的进水端相连通,工况机组蒸发器水泵的出水端与工况机组蒸发器的进水管路相连通,工况机组蒸发器的出水管路与恒温水箱的第二进水端相连通;工况机组冷凝器水泵的出水端与工况机组冷凝器的进水管路相连通,工况机组冷凝器的出水管路与工况机组冷凝器热回收换热器高温侧进水管路相连通,工况机组冷凝器热回收换热器高温侧出水管路与冷却塔的进水端相连通,冷却塔的出水端与工况机组冷凝器水泵的进水端相连通。
优选的,所述测试子系统还包括冷冻水温度两通调节阀、工况机组冷凝器热回收换热器的低温侧、工况机组冷量回收换热器、冷却水温度两通调节阀、工况机组蒸发器水泵;所述散热子系统还包括工况机组冷凝器热回收换热器的高温侧;测试样机冷冻水泵的进水端还与冷冻水温度两通调节阀的出水端相连通,冷冻水温度两通调节阀的进水端与工况机组冷凝器热回收换热器低温侧的出水管路相连通,工况机组冷凝器热回收换热器低温侧的进水管路与测试样机蒸发器的出水管路相连通;工况机组冷量回收换热器的高温侧出水管路与冷却水温度两通调节阀的进水端相连通,冷却水温度两通调节阀的出水端分别与测试样机冷却水泵的进水端、工况机组冷量回收换热器的高温侧进水管路相连通,测试样机冷凝器的出水管路与工况机组冷量回收换热器的高温侧进水管路相连通;工况机组冷量回收换热器的低温侧出水管路与工况机组蒸发器水泵的进水端相连通,工况机组蒸发器水泵的出水端与工况机组蒸发器的进水管路相连通,工况机组蒸发器的出水管路与工况机组冷量回收换热器的低温侧进水管路相连通;工况机组冷凝器水泵的出水端与工况机组冷凝器的进水管路相连通,工况机组冷凝器的出水管路与工况机组冷凝器热回收换热器高温侧进水管路相连通,工况机组冷凝器热回收换热器高温侧出水管路与冷却塔的进水端相连通,冷却塔的出水端与工况机组冷凝器水泵的进水端相连通。
优选的,所述测试子系统还包括冷却水温度三通调节阀、冷冻水温度三通调节阀、工况机组蒸发器水泵;冷却水温度三通调节阀包括第三进水端、第三出水端、第四出水端,从测试样机冷凝器的出水管路所流出的冷却水分流为第一支路和第二支路;工况机组蒸发器的出水管路与冷却水温度三通调节阀的第三进水端相连通,冷却水温度三通调节阀的第四出水端与第一支路并联在测试样机冷却水泵的进水端,冷却水温度三通调节阀的第三出水端与第二支路并联在工况机组蒸发器水泵的进水端,工况机组蒸发器水泵的出水端与工况机组蒸发器的进水管路相连通;冷冻水温度三通调节阀包括第五进水端、第五出水端、第六出水端,从测试样机蒸发器的出水管路所流出的冷却水分流为第三支路和第四支路;工况机组冷凝器的出水管路与冷冻水温度三通调节阀的第五进水端相连通,冷冻水温度三通调节阀的第六出水端与第三支路并联在测试样机冷冻水泵的进水端,冷冻水温度三通调节阀的出水端与第四支路并联在冷却塔的进水端,冷却塔的出水端与工况机组冷凝器水泵的进水端相连通,工况机组冷凝器水泵的出水端与工况机组冷凝器的进水管路相连通。
优选的,测试样机蒸发器的进水管路上还设置有冷冻水流量计、第一温度传感器,测试样机蒸发器的出水管路上还设置有第二温度传感器;测试样机冷凝器的进水管路上还设置有冷却水流量计、第四温度传感器,测试样机冷凝器的出水管路上还设置有第三温度传感器。
本发明还提供一种工况机组控制策略,该工况机组控制策略应用于上述的一种冷水机组逆温工况测试系统中,其特征在于,包括以下步骤:
S1,工况机组接收到启动信号后,集群控制系统对工况机组内各器件进行故障检测,确认无故障后,集群控制系统根据轮值策略确定工况机组内各压缩机作为值班压缩机的开关机顺序或人工指定一台值班压缩机;
轮值策略:集群控制系统记录工况机组内各压缩机从每个月的第一天起的运行时间,指定运行时间最短的压缩机为值班压缩机,并且,集群控制系统按照运行时间从短到长的顺序来排列工况机组内各个未加载运行的压缩机的开机顺序,按照运行时间从长到短的顺序来排列工况机组内各个正在加载运行的压缩机的关机顺序;
S2,值班压缩机启动,工况机组运行以下策略之一:当前值班压缩机的加载策略、工况机组的加机策略、工况机组的减机策略;
S3,工况机组停机策略:当工况机组蒸发器水泵和/或工况机组冷凝器水泵出现水流断流,或当前工况机组蒸发器的出水管路的出水温度实际值Tpv在死区温度Tref以下时,工况机组停机。
优选的,S2中当前值班压缩机的加载策略还包括以下步骤:
Sa1,预先设定工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度目标值Tsp、集群控制系统每秒采集一次工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度实际值Tpv,将集群控制系统开始采集工况机组蒸发器WCEV出水管路的出水温度实际值的时刻记为第0秒,根据集群控制系统采集工况机组蒸发器WCEV出水管路中的出水温度实际值Tpv,计算第n秒的水温变化速率Vpv:
,Tpv(i)表示第i秒的出水温度实际值,Tpv(i+1)表示第(i+1)秒的出水温度实际值,其中,0≤i≤n,且i为整数;
Sa2,工况机组中各压缩机采用变频控制,每台压缩机对应一套PID调节功能,通过集群控制系统不断的调整Tpv,使Tpv接近Tsp:
若Tpv-Tsp≥10℃,则集群控制系统设定工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度变化最大速率Vmax=1℃/min,并判断是否存在Vpv<Vmax,若存在Vpv<Vmax,则集群控制系统允许当前值班压缩机加载,若不存在Vpv<Vmax,则集群控制系统禁止当前值班压缩机加载;
若5℃≤Tpv-Tsp<10℃,则集群控制系统设定工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度变化最大速率Vmax=0.5℃/min,并判断是否存在Vpv<Vmax,若存在Vpv<Vmax,则集群控制系统允许当前值班压缩机加载,若不存在Vpv<Vmax,则集群控制系统禁止当前值班压缩机加载;
若Tpv-Tsp<5℃,则集群控制系统设定工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度变化最大速率Vmax=0.2℃/min,并判断是否存在Vpv<Vmax,若存在Vpv<Vmax,则集群控制系统允许当前值班压缩机加载,若不存在Vpv<Vmax,则集群控制系统禁止当前值班压缩机加载。
优选的,S2中工况机组的加机策略还包括以下步骤:
Sb1,集群控制系统检测到工况机组内正在运行的压缩机的运行容量在第一设定时间阈值Δt1内均达到满负荷运行容量的95%以上时,集群控制系统开始计算工况机组是否满足加机条件;
Sb2,集群控制系统先计算当前工况机组蒸发器的出水管路的出水温度实际值Tpv与出水温度目标值Tsp的目标温差ΔT1=Tpv-Tsp,若当前的目标温差ΔT1低于第一设定温差值阈值,则回到Sb1;
若当前的目标温差ΔT1在第一设定温差值阈值以上,则集群控制系统计算此刻工况机组蒸发器的出水管路的出水温度实际值Tpv,与从此刻开始经过第二设定时间阈值Δt2的工况机组蒸发器的出水管路的出水温度实际值Tpv’之间的第二变化差值ΔT2=|Tpv-Tpv’|,若第二变化差值ΔT2在第二设定温差值阈值以上,则回到Sb1;若第二变化差值ΔT2低于第二设定温差值阈值,则工况机组满足加机条件;
Sb3,工况机组根据轮值策略或人工指定的开机顺序来增加加载运行的压缩机。
优选的,S2中工况机组的减机策略还包括以下步骤:
Sc1,集群控制系统检测到工况机组内正在运行的压缩机中,若存在至少一台压缩机在第三设定时间阈值Δt3内,其运行容量维持在满负荷运行容量的40%以下,则集群控制系统开始计算工况机组是否满足减机条件;
Sc2,集群控制系统判断当前工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度实际值Tpv是否在工况机组蒸发器的出水管路的出水温度目标值Tsp以下,若当前工况机组蒸发器的出水管路的出水温度实际值Tpv高于工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度目标值Tsp,则回到Sc1;
若当前工况机组蒸发器的出水管路的出水温度实际值Tpv在工况机组蒸发器的出水管路的出水温度目标值Tsp以下,则集群控制系统计算此刻工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度实际值Tpv,与从此刻开始经过第三设定时间阈值Δt3的工况机组蒸发器的出水管路的出水温度实际值Tpv*之间的第四变化差值ΔT4=|Tpv-Tpv*|,若第四变化差值ΔT4在第四设定温差值阈值以上,则回到Sc1;若第四变化差值ΔT4低于第四设定温差值阈值,则工况机组满足减机条件;
Sc3,集群控制系统根据轮值策略或人工指定的关机顺序来减少工况机组内运行的非值班压缩机,并保证值班压缩机的运行容量控制在不低于满负荷运行容量的40%;集群控制系统每次只关闭一台非值班压缩机,并回到Sc1。
优选的,S3中的死区温度Tref=Tsp-5℃。
本发明的有益效果在于:
(1)本发明冷水机组逆温工况测试系统通过冷凝器补水泵将恒温水箱中的冷量代入测试样机冷凝器,通过工况机组蒸发器与工况机组蒸发器水泵平衡由测试样机冷凝器带给恒温水箱的冷凝热量。通过蒸发器兑水将测试样机蒸发器的冷量带入工况机组冷凝器热回收换热器的低温侧,通过工况机组冷凝器水泵将工况机组冷凝器内的热量带入工况机组冷凝器热回收换热器高温侧,工况机组冷凝器热回收换热器的高温侧与低温侧换热,使得测试样机蒸发器的进水温度等于或高于测试样机冷凝器的出水温度、测试样机蒸发器的出水温度等于或高于测试样机冷凝器的进水温度,即实现逆温工况。
(2)本发明的冷水机组逆温工况测试系统通过冷却水温度两通调节阀将测试样机冷凝器的冷凝热量带入工况机组冷量回收换热器的高温侧,通过工况机组蒸发器水泵将工况机组蒸发器所产生的蒸发冷量带入工况机组冷量回收换热器的低温侧,工况机组冷量回收换热器的高温侧与低温侧进行换热,从而平衡测试样机冷凝器所产生的冷凝热量,降低测试样机冷凝器的进水温度。通过冷冻水温度两通调节阀将测试样机蒸发器的冷量带入工况机组冷凝器热回收换热器的低温侧,通过工况机组冷凝器水泵将工况机组冷凝器内的热量带入工况机组冷凝器热回收换热器高温侧,工况机组冷凝器热回收换热器的高温侧与低温侧换热,使得测试样机蒸发器的进水温度等于或高于测试样机冷凝器的出水温度、测试样机蒸发器的出水温度等于或高于测试样机冷凝器的进水温度,即实现逆温工况。
(3)本发明的冷水机组逆温工况测试系统通过控制冷却水温度三通调节阀的阀门开度,将通过工况机组蒸发器水泵所带出的工况机组蒸发器所产生的蒸发冷量分为两部分,并通过水流的热对流,一部分蒸发冷量被直接带入测试样机冷凝器内,用于平衡测试样机冷凝器所产生的冷凝热量,降低测试样机冷凝器的进水温度;携带另一部分蒸发冷量的冷水与未直接进入测试样机冷凝器进水管路的高温冷却水混合后,平衡掉这部分高温冷却水所携带冷凝热量后,回到工况机组蒸发器。同理,本发明的冷水机组逆温工况测试系统通过控制冷冻水温度三通调节阀的阀门开度,将通过工况机组冷凝器水泵所带出的工况机组冷凝器产生的冷凝热量分为两部分,并通过水流的热对流,一部分冷凝热量被直接带入测试样机蒸发器内,用于平衡测试样机蒸发器所产生的蒸发冷量;携带另一部分冷凝热量的热水与未直接进入测试样机蒸发器进水管路的低温冷冻水混合后,平衡掉这部分低温冷冻水所携带蒸发冷量后,进入冷却塔内。
(4)在逆温工况下进行冷水水冷机组测试时,工况机组冷凝器内未被平衡掉的多余的热量在冷凝水中,通过管路连接进入冷却塔,排放至周围的环境中。
(5)本发明的冷水机组逆温工况测试系统将工况机组冷凝器产生的冷凝热进行了回收,并再利用于测试子系统内,模拟逆温工况,只有少部分热量通过冷却塔冷却的方式散发至周围环境中,相对于现有技术需要对测试样机冷凝器进行额外的热量投入而言,本发明在实现逆温工况的同时,节能环保,避免了额外的热量投入,提高了测试系统的能量利用效率,减少了对周围环境的热污染,本发明的冷水机组逆温工况测试系统的模拟逆温工况、进行温度调节的方式更灵活多样。
(6)相较于工况机组蒸发器所产生的蒸发冷量是通过恒温水箱的第二进、出水端与测试样机冷凝器所产生的冷凝热量通过恒温水箱的第一进、出水端在恒温水箱内发生热对流,使恒温水箱的中心温度保持在设定温度,以此来平衡测试样机冷凝器所产生的冷凝热量而言,本发明的工况机组蒸发器所产生的蒸发冷量通过工况机组冷量回收换热器的热交换来平衡测试样机冷凝器所产生的冷凝热量,避免了水箱内的储水惰性对整个测试系统内的冷热量平衡和温度调节的速度影响,使本发明的冷水机组逆温工况测试系统的温度调节更灵敏。
(7)冷热量在测试子系统内通过三通调节阀,以水流热对流的方式直接进行交换,避免了设置恒温水箱和换热器的能量损失,使冷水机组逆温工况测试系统的温度调节更灵敏的同时,进一步提高了能量的利用效率,通过优化加热和散热流程,达到节能和集约的目的。
(8)本发明的一种工况机组控制策略,使工况机组的运行更稳定可靠、运行过程更节能,增加工况机组在逆温工况测试中的运行稳定性,进一步的也提升了逆温工况测试系统的在运行中的稳定性,使逆温工况测试系统的温度控制更加平稳精确。工况机组主要根据工况机组蒸发器的出水管路的出水温度、工况机组内的压缩机运行容量来判断最适合当下测试系统和工况机组的策略并执行。执行轮值策略,使运行时间长的压缩机后开启先关闭,确保工况机组内各压缩机的使用频率、运行时间相近,防止因为总是固定使用同一台压缩机,而使该压缩机寿命缩短。执行当前值班压缩机的加载策略,提高了当前值班压缩机的使用效率,更节能。执行工况机组的加机策略确定是否启动新的压缩机,确保工况机组不会因为压缩机启动导致水温急剧下降,避免工况机组蒸发器的出水管路的出水温度实际在死区温度以下,从而触发机组低温保护停机而导致的水温波动。在出水温度实际值达到目标温度后,执行工况机组的减机策略,确保不会因为工况机组内压缩机骤然停机,而导致的水温升高。执行工况机组停机策略确保工况机组在异常情况下可以及时停机,避免机器损坏的风险。
附图说明
图1为本发明实施例1的冷水机组逆温工况测试系统示意图;
图2为本发明实施例2的冷水机组逆温工况测试系统示意图;
图3为本发明实施例3的冷水机组逆温工况测试系统示意图;
图4为本发明实施例4的工况机控制策略流程图;
图5为工况机组蒸发器出水管路的出水温度随时间变化的曲线。
具体实施方式
为使本发明的技术方案更加清晰明确,下面结合附图对本发明进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下对本发明技术方案的技术特征进行等价替换和常规推理得出的方案均落入本发明的保护范围。
在具体描述本发明之前,首先对本发明涉及的一些概念进行简单的说明:
水冷冷水机组的工况测试:将待测的水冷冷水机组作为测试样机,由水冷冷水机组测试系统模拟出各种工况条件,在设定的时间内,对测试样机的蒸发器、冷凝器制冷、放热情况进行检测。水冷冷水机组的工况测试在冷水机组的改进、研发以及质检过程中是不可缺少的一环,它可以得到测试样机的额定制冷量、制冷性能系数等重要参数。
逆温工况是指:蒸发器进水温度等于或高于冷凝器出水温度、蒸发器出水温度等于或高于冷凝器进水温度的情况。
平衡指的是等量的冷量与等量的热量之间相互抵消。
测试样机,测试样机为水冷冷水机组,包括测试样机冷凝器CO和测试样机蒸发器EV。测试样机冷凝器CO和测试样机蒸发器EV之间通过压缩机等进行整体连接,构成水冷冷水机组,这里为了便于描述和在附图中表示,说明书附图里省略了压缩机等部分,将水冷冷水机组的测试样机冷凝器CO和测试样机蒸发器EV单独列出来表示。测试样机冷凝器CO和测试样机蒸发器EV的进、出水管路都是穿设在测试样机冷凝器CO和测试样机蒸发器EV内的。
工况机组,也为水冷冷水机组,包括工况机组冷凝器WCCO和工况机组蒸发器WCEV。工况机组冷凝器WCCO和工况机组蒸发器WCEV之间还设置有帮助工况机组冷凝器WCCO和工况机组蒸发器WCEV进行热交换的压缩机等部件。工况机组冷凝器WCCO和工况机组蒸发器WCEV的进、出水管路也是穿设在工况机组冷凝器WCCO和工况机组蒸发器WCEV内的。
工况机组内设置多个压缩机,工况机组每次运行时至少启动一个压缩机,这样可以确保工况机组不会因为一个压缩机的损坏而无法工作。工况机组冷凝器WCCO、工况机组蒸发器WCEV以及工况机组内各压缩机构成集群,集群内的各部件的工作状态受到集群控制系统的调控。
实施例1
为了灵活、高效地模拟上述逆温工况,实现在逆温工况下对水冷冷水机组的性能进行高效且节能的测试,本发明设计了一种冷水机组逆温工况测试系统,如图1所示,包括测试子系统、散热子系统。
测试子系统除了工况机组外,还包括测试样机冷冻水泵PUMP1、冷冻水流量计F1、第一温度传感器T1、第二温度传感器T2、蒸发器兑水泵PUMP6、水压传感器、工况机组冷凝器热回收换热器HEX1的低温侧、恒温水箱TANK、冷凝器补水泵PUMP5、测试样机冷却水泵PUMP2、冷却水流量计F2、第三温度传感器T3、第四温度传感器T4、工况机组蒸发器水泵PUMP3以及管路。
散热子系统包括工况机组冷凝器热回收换热器HEX1的高温侧、冷却塔TOWER、工况机组冷凝器水泵PUMP4以及管路。
测试子系统用于对测试样机进行逆温工况测试,散热子系统用于将测试子系统内多余的热量散发至周围环境中。
具体的:
测试样机冷冻水泵PUMP1的出水端与测试样机蒸发器EV的进水管路相连通,与测试样机冷冻水泵PUMP1的出水端相连接的测试样机蒸发器EV的进水管路上还设置有冷冻水流量计F1和第一温度传感器T1,通过调节测试样机冷冻水泵PUMP1控制测试样机蒸发器EV的冷冻水进水流量,即冷冻水流量计F1测得的数值,记为f1,第一温度传感器T1测得的数值记为测试样机蒸发器EV的冷冻水进水温度,记为t1。测试样机蒸发器EV的出水管路上,靠近测试样机蒸发器EV处设置有第二温度传感器T2,第二温度传感器T2测得的数值记为测试样机蒸发器EV的冷冻水出水温度,记为t2。测试样机冷冻水泵PUMP1的进水端分别与测试样机蒸发器EV的出水管路、蒸发器兑水泵PUMP6的出水端相连通;蒸发器兑水泵PUMP6的进水端与工况机组冷凝器热回收换热器HEX1低温侧的出水管路相连通,工况机组冷凝器热回收换热器HEX1低温侧的进水管路与测试样机蒸发器EV的出水管路相连通。
冷冻水在测试样机冷冻水泵PUMP1的控制下从测试样机蒸发器EV的进水管路流入,从测试样机蒸发器EV的出水管路流出,在流经测试样机蒸发器EV的过程中,冷冻水吸收测试样机蒸发器EV发出的冷量降温,即t2<t1,从测试样机蒸发器EV的出水管路所流出的冷冻水在经过第二温度传感器T2后分流为两路,一路在蒸发器兑水泵PUMP6的控制下,流入工况机组冷凝器热回收换热器HEX1低温侧的进水管路,工况机组冷凝器热回收换热器HEX1低温侧和高温侧发生换热,流经工况机组冷凝器热回收换热器HEX1低温侧的低温冷冻水吸收热量后流出,经过蒸发器兑水泵PUMP6,从蒸发器兑水泵PUMP6的出水端流出,回到测试样机冷冻水泵PUMP1的进水端,将从蒸发器兑水泵PUMP6的出水端流出的水温记作t5,则t5>t2;另一路在测试样机冷冻水泵PUMP1的控制下,直接在测试样机冷冻水泵PUMP1的进水端与从蒸发器兑水泵PUMP6的出水端流出的水流混合后,经过测试样机冷冻水泵PUMP1、冷冻水流量计F1、第一温度传感器T1,再从测试样机蒸发器EV的进水管路流入,即t2<t1<t5。
测试样机蒸发器EV的进、出水管路在靠近测试样机蒸发器EV的部分还设置有水压传感器,用于测试流经测试样机蒸发器EV的冷冻水进出水压差,记为△P1。
恒温水箱TANK的第一出水端与冷凝器补水泵PUMP5的进水端相连通,冷凝器补水泵PUMP5的出水端分别与测试样机冷却水泵PUMP2的进水端、恒温水箱TANK的第一进水端相连通,将恒温水箱TANK的第一进水端的温度记为t6。测试样机冷却水泵PUMP2的出水端与测试样机冷凝器CO的进水管路相连通,且与测试样机冷却水泵PUMP2的出水端相连接的测试样机冷凝器CO的进水管路上还设置有冷却水流量计F2和第四温度传感器T4。通过调节测试样机冷却水泵PUMP2控制测试样机冷凝器CO的冷却水进水流量,即冷却水流量计F2测得的数值,记为f2,第四温度传感器T4测得的数值记为测试样机冷凝器CO的冷却水进水温度,记为t4。测试样机冷凝器CO的出水管路上,靠近测试样机冷凝器CO处设置有第三温度传感器T3,第三温度传感器T3测得的数值记为测试样机冷凝器CO的冷却水出水温度,记为t3。若不考虑管路的能量散失至环境中,则恒温水箱TANK的第一出水端温度=测试样机冷却水泵PUMP2的出水端温度=冷凝器补水泵PUMP5的出水端温度=t4。测试样机冷凝器CO的出水管路与恒温水箱TANK的第一进水端相连通。测试样机冷凝器CO冷凝放热,所以t4<t3。
测试样机冷凝器CO的进、出水管路在靠近测试样机冷凝器CO的部分还设置有水压传感器,用于测试流经测试样机冷凝器CO的冷却水进出水压差,记为△P2。
恒温水箱TANK的第二出水端与工况机组蒸发器水泵PUMP3的进水端相连通,工况机组蒸发器水泵PUMP3的出水端与工况机组蒸发器WCEV的进水管路相连通,工况机组蒸发器WCEV的出水管路与恒温水箱TANK的第二进水端相连通,将恒温水箱TANK的第二出水端温度水温记为t7,将恒温水箱TANK的第二进水端温度水温记为t8。工况机组蒸发器WCEV蒸发吸热,放出冷量,即t8<t7,而工况机组蒸发器WCEV所吸收的热量通过工况机组内的压缩机,传递至工况机组冷凝器WCCO内。
工况机组冷凝器水泵PUMP4的出水端与工况机组冷凝器WCCO的进水管路相连通,工况机组冷凝器WCCO的出水管路与工况机组冷凝器热回收换热器HEX1高温侧进水管路相连通,工况机组冷凝器热回收换热器HEX1高温侧出水管路与冷却塔TOWER的进水端相连通,冷却塔TOWER的出水端与工况机组冷凝器水泵PUMP4的进水端相连通。
由工况机组冷凝器水泵PUMP4提供动力,将流入工况机组冷凝器WCCO进水管路的冷凝水温度记为t9,将流出工况机组冷凝器WCCO出水管路的冷凝水温度记为t10,则流经工况机组冷凝器WCCO进出水管路的冷凝水将工况机组冷凝器WCCO的冷凝热带入工况机组冷凝器热回收换热器HEX1高温侧,即t9<t10。工况机组冷凝器热回收换热器HEX1高温侧与低温侧发生换热,将从工况机组冷凝器热回收换热器HEX1高温侧流出的冷凝水温度记为t11,则t11<t10。从工况机组冷凝器热回收换热器HEX1高温侧流出的冷凝水进入冷却塔TOWER内,通过风扇加速向周围环境放热,经冷却塔TOWER冷却的低温冷凝水从冷却塔TOWER流出,重新流入工况机组冷凝器WCCO进水管路。若不考虑管路的能量散失至环境中,则从冷却塔TOWER流出的低温冷凝水温度=流入工况机组冷凝器WCCO进水管路的冷凝水温度=t9。
将恒温水箱TANK的中心水流温度记为t12,并预先设定恒温水箱TANK的中心水流温度的目标值。由工况机组蒸发器水泵PUMP3提供动力,恒温水箱TANK的第二出水端和第二进水端的水流将工况机组蒸发器WCEV的冷量带入恒温水箱TANK。由冷凝器补水泵PUMP5提供动力,恒温水箱TANK内的水流通过第一出水端流出,分流为两条支路,一路在测试样机冷却水泵PUMP2的控制下,经过测试样机冷却水泵PUMP2、冷却水流量计F2、第四温度传感器T4,再从测试样机冷凝器CO的进水管路流入,从测试样机冷凝器CO的出水管路流出;另一路与从测试样机冷凝器CO的出水管路流出的高温冷却水混合后,流入恒温水箱TANK的第一进水端,即t4<t6<t3,恒温水箱TANK的第一出水端和第一进水端的水流将测试样机冷凝器CO的热量带入恒温水箱TANK内,所以有t8<t7≤t12≤t4<t6。通过控制工况机组蒸发器水泵PUMP3、冷凝器补水泵PUMP5和测试样机冷却水泵PUMP2,使恒温水箱TANK内的中心水温t12达到设定的目标值。
在冷水机组逆温工况测试中,通过变频器控制测试样机冷冻水泵PUMP1和测试样机冷却水泵PUMP2来分别调节循环于测试样机冷凝器CO和测试样机蒸发器EV的水流量;根据冷冻水流量计F1、冷冻水进水温度T1、冷冻水出水温度T2的测量数值,通过变频器控制冷凝器补水泵PUMP5、蒸发器兑水泵PUMP6的供水量,来调节测试样机冷凝器CO的冷却水进水温度T4和测试样机蒸发器EV的冷冻水进水温度T1;通过控制工况机组蒸发器WCEV制冷量输出来调节恒温水箱TANK1的温度。
在冷水机组逆温工况测试中,通过测量冷冻水流量计F1和冷冻水进水温度T1、冷冻水出水温度T2,计算出测试样机蒸发器EV的换热量;通过测量冷却水流量计F2和冷却水进水温度T4、冷却水出水温度T3,计算出测试样机冷凝器CO的换热量。
结合具体场景来解释本发明的冷水机组逆温工况测试系统如何模拟逆温工况:在冬季,利用大棚种植西瓜,在西瓜开花坐果期,白天的大棚内温度需要维持在30℃,使用水冷冷水机组为大棚内降温。测试样机蒸发器EV的进水管路的进水温度为30℃,出水温度为26℃,由于冬天使用,测试样机冷凝器CO的进水管路的进水温度为18℃,出水温度为26℃。
利用本发明实现上述逆温工况:通过控制工况机组蒸发器水泵PUMP3、冷凝器补水泵PUMP5和测试样机冷却水泵PUMP2,将恒温水箱TANK内的中心水温t12控制在目标值16℃。恒温水箱TANK内的储水靠近第一进、出水端的地方,水温略高于中心水温t12;靠近第二进、出水端的地方,水温略低于中心水温t12。第一出水端流出的水流分流,一条支路流入测试样机冷凝器CO的进水管路,冷却水进水温度t4=18℃,再从测试样机冷凝器CO的出水管路流出,冷却水出水温度t3=26℃;另一条支路与测试样机冷凝器CO的出水管路所流出的冷却水混合后,流入恒温水箱TANK的第一进水端,第一进水端的水温t6=24℃。第二出水端流出的水流温度t7=14℃,流经工况机组蒸发器WCEV的进、出水管路后,降温至t8=10℃后,从第二进水端流入恒温水箱TANK内。工况机组蒸发器WCEV将热量传递至工况机组冷凝器WCCO侧,工况机组冷凝器WCCO的进水管路的进水温度为t9=28℃,吸收冷凝热后,工况机组冷凝器WCCO的出水管路的出水温度为t10=36℃,即t10=36℃的高温冷凝水进入工况机组冷凝器热回收换热器HEX1高温侧,放热降温至t11=30℃后从工况机组冷凝器热回收换热器HEX1高温侧流出,进入冷却塔TOWER内。冷却塔开启风扇向周围散热,将冷凝水降温至28℃时,由工况机组冷凝器水泵PUMP4提供动力,循环回到工况机组冷凝器WCCO的进水管路。
测试样机蒸发器EV的进水管路的冷冻水进水温度为t1=30℃,冷冻水出水温度为t2=26℃;t2=26℃的冷冻水一部分分流,进入工况机组冷凝器热回收换热器HEX1低温侧,吸收工况机组冷凝器热回收换热器HEX1高温侧的换热后,升温至t5=34℃后从工况机组冷凝器热回收换热器HEX1低温侧流出,由蒸发器兑水泵PUMP6提供动力,t5=34℃的水流与剩余部分t2=26℃的冷冻水混合后,成为t1=30℃的高温冷冻水,再由测试样机冷冻水泵PUMP1提供动力,重新流入测试样机蒸发器EV的进水管路内。
本发明的冷水机组逆温工况测试系统通过冷凝器补水泵PUMP5将恒温水箱TANK中的冷量代入测试样机冷凝器CO,通过工况机组蒸发器WCEV与工况机组蒸发器水泵PUMP3平衡由测试样机冷凝器CO带给恒温水箱TANK的冷凝热量。通过蒸发器兑水泵PUMP6将测试样机蒸发器EV的冷量带入工况机组冷凝器热回收换热器HEX1的低温侧,通过工况机组冷凝器水泵PUMP4将工况机组冷凝器WCCO内的热量带入工况机组冷凝器热回收换热器HEX1高温侧,工况机组冷凝器热回收换热器HEX1的高温侧与低温侧换热,使得测试样机蒸发器EV的进水温度T1等于或高于测试样机冷凝器CO的出水温度T3、测试样机蒸发器EV的出水温度T2等于或高于测试样机冷凝器CO的进水温度T4,即实现逆温工况。在逆温工况下进行冷水水冷机组测试时,工况机组冷凝器WCCO内多余的热量通过管路连接冷却塔TOWER,排放至周围的环境中。
本发明的冷水机组逆温工况测试系统将工况机组冷凝器WCCO产生的冷凝热进行了回收,并再利用于测试子系统内,模拟逆温工况,只有少部分热量通过冷却塔冷却的方式散发至周围环境中,相对于现有技术需要对测试样机冷凝器CO进行额外的热量投入而言,本发明在实现逆温工况的同时,节能环保,避免了额外的热量投入,提高了测试系统的能量利用效率,减少了对周围环境的热污染。
实施例2
本发明设计了一种冷水机组逆温工况测试系统,如图2所示,包括测试子系统、散热子系统。
测试子系统除了工况机组外,还包括测试样机冷冻水泵PUMP1、冷冻水流量计F1、第一温度传感器T1、第二温度传感器T2、冷冻水温度两通调节阀CV1、水压传感器、工况机组冷凝器热回收换热器HEX1的低温侧、工况机组冷量回收换热器HEX2、冷却水温度两通调节阀CV2、测试样机冷却水泵PUMP2、冷却水流量计F2、第三温度传感器T3、第四温度传感器T4、工况机组蒸发器水泵PUMP3以及管路。
散热子系统包括工况机组冷凝器热回收换热器HEX1高温侧、冷却塔TOWER、工况机组冷凝器水泵PUMP4以及管路。
测试子系统用于对测试样机进行逆温工况测试,散热子系统用于将测试子系统内多余的热量散发至周围环境中。
与实施例1相比,实施例2将实施例1中的蒸发器兑水泵PUMP6替换为冷冻水温度两通调节阀CV1,将恒温水箱TANK替换为工况机组冷量回收换热器HEX2,将冷凝器补水泵PUMP5替换为冷却水温度两通调节阀CV2。其他与实施例1相同的部分不再赘述,下面对不同的部分进行具体描述:
冷冻水温度两通调节阀CV1的进水端与工况机组冷凝器热回收换热器HEX1低温侧的出水管路相连通,冷冻水温度两通调节阀CV1的出水端与测试样机蒸发器EV的出水管路支路并联在测试样机冷冻水泵PUMP1的进水端;从冷冻水温度两通调节阀CV1的出水端流出的水流与从测试样机蒸发器EV的出水管路支路流出的低温冷冻水混合之后,再从测试样机冷冻水泵PUMP1的进水端流入测试样机冷冻水泵PUMP1。将冷冻水温度两通调节阀CV1的出水端的水流温度记为t13,则t2<t1<t13。
工况机组冷量回收换热器HEX2的低温侧出水管路与工况机组蒸发器水泵PUMP3的进水端相连通,工况机组蒸发器水泵PUMP3的出水端与工况机组蒸发器WCEV的进水管路相连通,工况机组蒸发器WCEV的出水管路与工况机组冷量回收换热器HEX2的低温侧进水管路相连通。将工况机组冷量回收换热器HEX2的低温侧进水温度记为t14、低温侧出水温度记为t15。工况机组蒸发器WCEV蒸发吸热、放出冷量,且工况机组冷量回收换热器HEX2的低温侧与高温侧换热,流经工况机组冷量回收换热器HEX2的低温侧的水流吸热,即t14<t13。
工况机组冷量回收换热器HEX2的高温侧出水管路与冷却水温度两通调节阀CV2的进水端相连通,冷却水温度两通调节阀CV2的出水端分别与测试样机冷却水泵PUMP2的进水端、工况机组冷量回收换热器HEX2的高温侧进水管路相连通。将工况机组冷量回收换热器HEX2的高温侧进水管路流出的水流温度记为t15,若不考虑管路的能量散失至环境中,则工况机组冷量回收换热器HEX2的高温侧出水温度=测试样机冷却水泵PUMP2的出水端温度=冷却水温度两通调节阀CV2的进水端温度=t4。测试样机冷凝器CO的出水管路与工况机组冷量回收换热器HEX2的高温侧进水管路相连通。测试样机冷凝器CO冷凝放热,所以t4<t3。
由工况机组蒸发器水泵PUMP3提供动力,工况机组冷量回收换热器HEX2的低温侧出水管路与进水管路将况机组蒸发器WCEV的冷量带入工况机组冷量回收换热器HEX2的低温侧。控制冷却水温度两通调节阀CV2,使工况机组冷量回收换热器HEX2的高温侧出水管路所流出的水流分为两条支路,一路在测试样机冷却水泵PUMP2的控制下,经过测试样机冷却水泵PUMP2、冷却水流量计F2、第四温度传感器T4,再从测试样机冷凝器CO的进水管路流入,从测试样机冷凝器CO的出水管路流出;另一路与从测试样机冷凝器CO的出水管路流出的高温冷却水混合后,流入工况机组冷量回收换热器HEX2的高温侧的进水管路,将测试样机冷凝器CO的冷凝热量带入工况机组冷量回收换热器HEX2的高温侧,即t4<t15<t3。
在冷水机组逆温工况测试中,通过变频器控制测试样机冷冻水泵PUMP1和测试样机冷却水泵PUMP2来分别调节循环于测试样机冷凝器CO和测试样机蒸发器EV的水流量;根据冷冻水流量计F1、冷冻水进水温度T1、冷冻水出水温度T2的测量数值,通过控制冷冻水温度两通调节阀CV1和冷却水温度两通调节阀CV2的阀门开度,来调节测试样机冷凝器CO的冷却水进水温度T4和测试样机蒸发器EV的冷冻水进水温度T1。
在冷水机组逆温工况测试中,通过测量冷冻水流量计F1和冷冻水进水温度T1、冷冻水出水温度T2,计算出测试样机蒸发器EV的换热量;通过测量冷却水流量计F2和冷却水进水温度T4、冷却水出水温度T3,计算出测试样机冷凝器CO的换热量。
本发明的冷水机组逆温工况测试系统通过冷却水温度两通调节阀CV2将测试样机冷凝器CO的冷凝热量带入工况机组冷量回收换热器HEX2的高温侧,通过工况机组蒸发器水泵PUMP3将工况机组蒸发器WCEV所产生的蒸发冷量带入工况机组冷量回收换热器HEX2的低温侧,工况机组冷量回收换热器HEX2的高温侧与低温侧进行换热,从而平衡测试样机冷凝器CO所产生的冷凝热量,降低进入穿测试样机冷凝器CO的进水温度。通过冷冻水温度两通调节阀CV1将测试样机蒸发器EV的冷量带入工况机组冷凝器热回收换热器HEX1的低温侧,通过工况机组冷凝器水泵PUMP4将工况机组冷凝器WCCO内的热量带入工况机组冷凝器热回收换热器HEX1高温侧,工况机组冷凝器热回收换热器HEX1的高温侧与低温侧换热,使得测试样机蒸发器EV的进水温度T1等于或高于测试样机冷凝器CO的出水温度T3、测试样机蒸发器EV的出水温度T2等于或高于测试样机冷凝器CO的进水温度T4,即实现逆温工况。在逆温工况下进行冷水水冷机组测试时,工况机组冷凝器WCCO内多余的热量通过管路连接冷却塔TOWER,排放至周围的环境中。
本发明的冷水机组逆温工况测试系统将工况机组冷凝器WCCO产生的冷凝热进行了回收,并再利用于测试子系统内,模拟逆温工况,只有少部分多余的热量通过冷却塔冷却的方式散发至周围环境中,相对于现有技术需要对测试样机冷凝器CO进行额外的热量投入而言,本发明在实现逆温工况的同时,节能环保,避免了额外的热量投入,提高了测试系统的能量利用效率,减少了对周围环境的热污染。并且相较于实施例1中工况机组蒸发器WCEV所产生的蒸发冷量是通过恒温水箱TANK的第二进、出水端与测试样机冷凝器CO所产生的冷凝热量通过恒温水箱TANK的第一进、出水端在恒温水箱TANK内发生热对流,使恒温水箱TANK的中心温度保持在设定温度,以此来平衡测试样机冷凝器CO所产生的冷凝热量,本实施例中工况机组蒸发器WCEV所产生的蒸发冷量通过工况机组冷量回收换热器HEX2的热交换来平衡测试样机冷凝器CO所产生的冷凝热量,避免了水箱内的储水惰性对整个测试系统内的冷热量平衡和温度调节的速度影响,使本发明的冷水机组逆温工况测试系统的温度调节更灵敏。
实施例3
本发明设计了一种冷水机组逆温工况测试系统,如图3所示,包括测试子系统、散热子系统。
测试子系统除了工况机组外,还包括测试样机冷冻水泵PUMP1、冷冻水流量计F1、第一温度传感器T1、第二温度传感器T2、冷却水温度三通调节阀CV3、水压传感器、冷冻水温度三通调节阀CV4、测试样机冷却水泵PUMP2、冷却水流量计F2、第三温度传感器T3、第四温度传感器T4、第十六温度传感器T16、工况机组蒸发器水泵PUMP3以及管路。
散热子系统包括冷却塔TOWER、工况机组冷凝器水泵PUMP4以及管路。
测试子系统用于对测试样机进行逆温工况测试,散热子系统用于将测试子系统内多余的热量散发至周围环境中。
与实施例1相比,实施例3将实施例1中的蒸发器兑水泵PUMP6、工况机组冷凝器热回收换热器HEX1替换为冷冻水温度三通调节阀CV4,将恒温水箱TANK、冷凝器补水泵PUMP5替换为冷却水温度三通调节阀CV3。
与实施例2相比,实施例3将实施例2中的冷冻水温度两通调节阀CV1、工况机组冷凝器热回收换热器HEX1替换为冷冻水温度三通调节阀CV4,将工况机组冷量回收换热器HEX2、冷却水温度两通调节阀CV2替换为冷却水温度三通调节阀CV3。
下面在实施例1的基础上,对本实施例与实施例1的不同部分进行具体描述,相同部分不再赘述:
冷却水温度三通调节阀CV3包括一个进水端和两个出水端,即第三进水端A1、第三出水端A2、第四出水端A3;从测试样机冷凝器CO的出水管路所流出的冷却水分流为两条支路,即第一支路A4、第二支路A5。
工况机组蒸发器WCEV的出水管路与冷却水温度三通调节阀CV3的第三进水端A1相连通,冷却水温度三通调节阀CV3的第四出水端A3与第一支路A4并联在测试样机冷却水泵PUMP2的进水端,冷却水温度三通调节阀CV3的第三出水端A2与第二支路A5并联在工况机组蒸发器水泵PUMP3的进水端,工况机组蒸发器水泵PUMP3的出水端与工况机组蒸发器WCEV的进水管路相连通。控制工况机组蒸发器水泵PUMP3提供水循环动力,工况机组蒸发器WCEV的出水管路流出的低温水,从第三进水端A1流入冷却水温度三通调节阀CV3,再分别从第三出水端A2、第四出水端A3分流而出,从冷却水温度三通调节阀CV3的出水端A3流出的低温水与第一支路A4内流出的高温冷却水混合后流入测试样机冷却水泵PUMP2,也即将工况机组蒸发器WCEV产生的一部分冷量直接通过第四出水端A3带入测试样机冷凝器CO内,降低测试样机冷凝器CO进水管路的冷却水进水温度;从冷却水温度三通调节阀CV3的第三出水端A2流出的低温水与第二支路A5内流出的高温冷却水混合后流入工况机组蒸发器WCEV的进水管路,也即将测试样机冷凝器CO产生的一部分热量通过第二支路A5直接带入工况机组蒸发器WCEV内,并在工况机组蒸发器WCEV内平衡掉这部分热量后,再次变成低温水,从工况机组蒸发器WCEV的出水管路流出。
冷冻水温度三通调节阀CV4包括一个进水端和两个出水端,即第五进水端B1、第五出水端B2、第六出水端B3;从测试样机蒸发器EV的出水管路所流出的冷却水分流为两条支路,即第三支路B4、第四支路B5。
工况机组冷凝器WCCO的出水管路与冷冻水温度三通调节阀CV4的第五进水端B1相连通,冷冻水温度三通调节阀CV4的第六出水端B3与第三支路B4并联在测试样机冷冻水泵PUMP1的进水端,冷冻水温度三通调节阀CV4的第五出水端B2与第四支路B5并联在冷却塔TOWER的进水端,冷却塔TOWER的出水端与工况机组冷凝器水泵PUMP4的进水端相连通,工况机组冷凝器水泵PUMP4的出水端与工况机组冷凝器WCCO的进水管路相连通。控制工况机组冷凝器水泵PUMP4提供水循环动力,工况机组冷凝器WCCO的出水管路流出的高温水,从第五进水端B1流入冷冻水温度三通调节阀CV4,再分别从第五出水端B2、第六出水端B3分流而出,从冷冻水温度三通调节阀CV4的第六出水端B3流出的高温水与第三支路B4内流出的低温冷冻水混合后流入测试样机冷冻水泵PUMP1,也即将工况机组冷凝器WCCO产生的一部分冷凝热量直接通过第六出水端B3带入测试样机蒸发器EV,提升测试样机蒸发器EV进水管路的冷冻水进水温度;从冷冻水温度三通调节阀CV4的第五出水端B2流出的高温水与第四支路B5内流出的低温冷冻水混合后,流入冷却塔TOWER的进水端,也即将测试样机蒸发器EV产生的一部分冷量通过第四支路B5平衡掉通过第五出水端B2所带出工况机组冷凝器WCCO的一部分冷凝热量。冷却塔TOWER内的冷凝水向周围环境放热后,再次降温,成为低温冷凝水,从冷却塔TOWER的出水端流出,再次进入工况机组冷凝器WCCO的进水管路。
在冷水机组逆温工况测试中,通过变频器控制测试样机冷冻水泵PUMP1和测试样机冷却水泵PUMP2来分别调节循环于测试样机冷凝器CO和测试样机蒸发器EV的水流量;根据冷冻水流量计F1、冷冻水进水温度T1、冷冻水出水温度T2的测量数值,通过控制冷却水温度三通调节阀CV3和冷冻水温度三通调节阀CV4的阀门开度,来调节测试样机冷凝器CO的冷却水进水温度T4和测试样机蒸发器EV的冷冻水进水温度T1。
在冷水机组逆温工况测试中,通过测量冷冻水流量计F1和冷冻水进水温度T1、冷冻水出水温度T2,计算出测试样机蒸发器EV的换热量;通过测量冷却水流量计F2和冷却水进水温度T4、冷却水出水温度T3,计算出测试样机冷凝器CO的换热量。
本发明的冷水机组逆温工况测试系统通过控制冷却水温度三通调节阀CV3的阀门开度,将通过工况机组蒸发器水泵PUMP3所带出的工况机组蒸发器WCEV所产生的蒸发冷量分为两部分,并通过水流的热对流,一部分蒸发冷量被直接带入测试样机冷凝器CO内,用于平衡测试样机冷凝器CO所产生的冷凝热量,降低进入测试样机冷凝器CO的进水温度;携带另一部分蒸发冷量的冷水与未直接进入测试样机冷凝器CO进水管路的高温冷却水混合后,平衡掉这部分高温冷却水所携带冷凝热量后,回到工况机组蒸发器WCEV。同理,本发明的冷水机组逆温工况测试系统通过控制冷冻水温度三通调节阀CV4的阀门开度,将通过工况机组冷凝器水泵PUMP4所带出的工况机组冷凝器WCCO产生的冷凝热量分为两部分,并通过水流的热对流,一部分冷凝热量被直接带入测试样机蒸发器EV内,用于平衡测试样机蒸发器EV所产生的蒸发冷量;携带另一部分冷凝热量的热水与未直接进入测试样机蒸发器EV进水管路的低温冷冻水混合后,平衡掉这部分低温冷冻水所携带蒸发冷量后,进入冷却塔TOWER内,冷却塔TOWER内的冷凝水若还包含有多余的热量,则排放至周围的环境中。
本发明的冷水机组逆温工况测试系统将工况机组冷凝器WCCO产生的冷凝热进行了回收,并再利用于测试子系统内,模拟逆温工况,只有少部分多余的热量通过冷却塔冷却的方式散发至周围环境中,相对于现有技术需要对测试样机冷凝器CO进行额外的热量投入而言,本发明在实现逆温工况的同时,节能环保,避免了额外的热量投入,提高了测试系统的能量利用效率,减少了对周围环境的热污染。并且相较于实施例1中工况机组蒸发器WCEV所产生的蒸发冷量是通过恒温水箱TANK的第二进、出水端与测试样机冷凝器CO所产生的冷凝热量通过恒温水箱TANK的第一进、出水端在恒温水箱TANK内发生热对流,使恒温水箱TANK的中心温度保持在设定温度,以此来平衡测试样机冷凝器CO所产生的冷凝热量,本实施例中工况机组蒸发器WCEV所产生的蒸发冷量通过工况机组冷量回收换热器HEX2的热交换来平衡测试样机冷凝器CO所产生的冷凝热量,避免了水箱内由于储水的惰性对整个测试系统内的冷热量平衡和温度调节的速度的影响。相较于实施例2,本实施例中的冷热量在测试子系统内通过水流热对流的方式直接进行交换,避免了设置恒温水箱和换热器的能量损失,使本发明的冷水机组逆温工况测试系统的温度调节更灵敏的同时,进一步提高了能量的利用效率,通过优化加热和散热流程,达到节能和集约的目的。
实施例4
在本发明的测试系统中,由于工况机直接参与了水冷冷水机组的逆温工况测试,如图4所示,本发明还提供一种工况机组控制策略,增加工况机组在逆温工况测试中的运行稳定性,进一步的也提升了逆温工况测试系统的稳定性:
S1,工况机组接收到启动信号后,集群控制系统对工况机组内各器件进行故障检测,确认无故障后,集群控制系统根据轮值策略确定工况机组内各压缩机作为值班压缩机的开关机顺序或人工指定一台值班压缩机。
轮值策略:集群控制系统记录工况机组内各压缩机从每个月的第一天起的运行时间,指定运行时间最短的压缩机为值班压缩机,并且,集群控制系统按照运行时间从短到长的顺序来排列工况机组内各个未加载运行的压缩机的开机顺序,按照运行时间从长到短的顺序来排列工况机组内各个正在加载运行的压缩机的关机顺序。
S2,值班压缩机启动,工况机组运行以下策略之一:当前值班压缩机的加载策略、工况机组的加机策略、工况机组的减机策略。
S2中还包括以下内容:
当前值班压缩机的加载策略:
压缩机采用变频控制,在加载时,通过工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度的变化速率确定是否允许当前值班压缩机加载,当前值班压缩机的加载速率由机组控制。
Sa1,预先设定工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度目标值Tsp、集群控制系统每秒采集一次工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度实际值Tpv,将集群控制系统开始采集工况机组蒸发器WCEV出水管路的出水温度实际值的时刻记为第0秒,根据集群控制系统采集工况机组蒸发器WCEV出水管路中的出水温度实际值Tpv,计算第n秒的水温变化速率Vpv:
,Tpv(i)表示第i秒的出水温度实际值,Tpv(i+1)表示第(i+1)秒的出水温度实际值,其中,0≤i≤n,且i为整数;
Sa2,工况机组中各压缩机采用变频控制,每台压缩机对应一套PID调节功能,通过集群控制系统不断的调整Tpv,使Tpv接近Tsp:
若Tpv-Tsp≥10℃,则集群控制系统设定工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度变化最大速率Vmax=1℃/min,并判断是否存在Vpv<Vmax,若存在Vpv<Vmax,则集群控制系统允许当前值班压缩机加载,若不存在Vpv<Vmax,则集群控制系统禁止当前值班压缩机加载;
若5℃≤Tpv-Tsp<10℃,则集群控制系统设定工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度变化最大速率Vmax=0.5℃/min,并判断是否存在Vpv<Vmax,若存在Vpv<Vmax,则集群控制系统允许当前值班压缩机加载,若不存在Vpv<Vmax,则集群控制系统禁止当前值班压缩机加载;
若Tpv-Tsp<5℃,则集群控制系统设定工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度变化最大速率Vmax=0.2℃/min,并判断是否存在Vpv<Vmax,若存在Vpv<Vmax,则集群控制系统允许当前值班压缩机加载,若不存在Vpv<Vmax,则集群控制系统禁止当前值班压缩机加载;
工况机组的加机策略:
Sb1,集群控制系统检测到工况机组内正在运行的压缩机的运行容量在第一设定时间阈值Δt1内均达到满负荷运行容量的95%以上时,集群控制系统开始计算工况机组是否满足加机条件;
在本实施例中,第一设定时间阈值Δt1设置为10min;
Sb2,集群控制系统先计算当前工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度实际值Tpv与出水温度目标值Tsp的目标温差ΔT1=Tpv-Tsp,若当前的目标温差ΔT1低于第一设定温差值阈值,则回到Sb1;
若当前的目标温差ΔT1在第一设定温差值阈值以上,则集群控制系统计算此刻工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度实际值Tpv,与从此刻开始经过第二设定时间阈值Δt2的工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度实际值Tpv’之间的第二变化差值ΔT2=|Tpv-Tpv’|,若第二变化差值ΔT2在第二设定温差值阈值以上,则回到Sb1;若第二变化差值ΔT2低于第二设定温差值阈值,则工况机组满足加机条件;
Sb3,工况机组根据轮值策略或人工指定的开机顺序来增加运行的压缩机;
在本实施例中,当前的目标温差ΔT1的第一设定温差阈值设置为2℃,第二设定时间阈值Δt2设置为5min,第二变化差值ΔT2的第二设定温差阈值设置为1℃。
在步骤Sb2中,目标温差ΔT1在第一设定温差值阈值以上时,若第二变化差值ΔT2也在第二设定温差值阈值以上,即说明工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度虽然距离出水温度目标值Tsp有一定差距,但工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度变化较快,即工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度实际值很快就会达到出水温度目标值,所以不进行加机。反之,目标温差ΔT1在第一设定温差值阈值以上时,若第二变化差值ΔT2还低于第二设定温差值阈值,即说明工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度不仅距离出水温度目标值Tsp有一定差距,并且工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度变化较慢,即工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度实际值在不增加工况机组正在运行的压缩机数量的情况下,就需要通过较长时间才能达到出水温度目标值,所以需要进行加机。
工况机组的减机策略:
Sc1,集群控制系统检测到工况机组内正在运行的压缩机中,若至少存在一台压缩机在第三设定时间阈值Δt3内,其运行容量维持在满负荷运行容量的40%以下,则集群控制系统开始计算工况机组是否满足减机条件;
在本实施例中,第三设定时间阈值Δt3设置为10min;
Sc2,集群控制系统判断当前工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度实际值Tpv是否在工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度目标值Tsp以下,若当前工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度实际值Tpv高于工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度目标值Tsp,则回到Sc1;
若当前工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度实际值Tpv在工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度目标值Tsp以下,则集群控制系统计算此刻工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度实际值Tpv,与从此刻开始经过第三设定时间阈值Δt3的工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度实际值Tpv*之间的第四变化差值ΔT4=|Tpv-Tpv*|,若第四变化差值ΔT4在第四设定温差值阈值以上,则回到Sc1;若第四变化差值ΔT4低于第四设定温差值阈值,则工况机组满足减机条件;
Sc3,集群控制系统根据轮值策略或人工指定的关机顺序来减少工况机组内运行的非值班压缩机,并保证值班压缩机的运行容量控制在不低于满负荷运行容量的40%;集群控制系统每次只关闭一台非值班压缩机,并回到Sc1;
在本实施例中,第四变化差值ΔT4在第四设定温差值阈值设置为1℃。
S3,工况机组停机策略:当工况机组蒸发器水泵PUMP3和/或工况机组冷凝器水泵PUMP4出现水流断流,或当前工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度实际值Tpv在死区温度Tref以下时,工况机组停机,其中,Tref=Tsp-5℃。
如图5所示,为模拟逆温工况下工况机组蒸发器出水管路的出水温度随时间变化的曲线,横坐标为时间,表示工况机组开启后的运行时间,单位:秒;纵坐标为水温,表示工况机组蒸发器出水管路的出水温度,单位:摄氏度。工况机组采用本发明工况机组控制策略,其蒸发器的出水温度时间变化曲线用实线表示,记为曲线1;仅仅采用现有技术PID控制方法的工况机组蒸发器出水温度时间变化曲线用虚线表示,记为曲线2。
出水温度目标值Tsp设定为6.8摄氏度,可以看出曲线1相对于曲线2而言,可以在更短的时间内达到出水温度目标值,并且曲线1在达到出水温度目标值后,波动幅度很小,基本稳定在出水温度目标值,即验证了本发明的一种工况机组控制策略,使工况机组对其蒸发器出水管路的出水温度控制更加平稳精,使工况机组在逆温工况测试中的运行更稳定可靠,同时,也增加了使用该控制策略的冷水机组逆温工况测试系统的运行稳定性与温度调控的精准性。
本发明的一种工况机组控制策略,应用于实施例1~实施例3中的冷水机组逆温工况测试系统中,使工况机组的运行更稳定可靠、运行过程更节能。工况机组主要根据工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度、工况机组内的压缩机运行容量来判断最适合当下测试系统和工况机组的策略并执行。执行轮值策略,使运行时间长的压缩机后开启先关闭,确保工况机组内各压缩机的使用频率、运行时间相近,防止因为总是固定使用同一台压缩机,而使该压缩机寿命缩短。执行当前值班压缩机的加载策略,提高了当前值班压缩机的使用效率,更节能。执行工况机组的加机策略确定是否启动新的压缩机,确保工况机不会因为压缩机启动导致水温急剧下降,避免工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度实际值Tpv在死区温度Tref以下,从而触发机组低温保护停机而导致的水温波动。在出水温度实际值Tpv达到目标温度后,执行工况机组的减机策略,确保不会因为工况机组内压缩机骤然停机,而导致的水温升高。执行工况机组停机策略确保工况机组在异常情况下可以及时停机,避免机器损坏的风险。
本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。还需要指出的是,以上仅为本发明创造的较佳实施例而已,并不用以限制本发明创造,本发明实施例中各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的,这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案,均应落入本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种冷水机组逆温工况测试系统,其特征在于,包括模拟逆温工况、对测试样机进行测试的测试子系统,以及将测试子系统中的热量排入周围环境的散热子系统;
测试样机包括测试样机蒸发器EV、测试样机冷凝器CO;
测试子系统包括工况机组、测试样机冷冻水泵PUMP1、测试样机冷却水泵PUMP2以及管路;
工况机组包括工况机组冷凝器WCCO和工况机组蒸发器WCEV;
散热子系统包括冷却塔TOWER、工况机组冷凝器水泵PUMP4以及管路;
测试样机冷冻水泵PUMP1的出水端与测试样机蒸发器EV的进水管路相连通,测试样机冷冻水泵PUMP1的进水端与测试样机蒸发器EV的出水管路相连通;测试样机冷却水泵PUMP2的出水端与测试样机冷凝器CO的进水管路相连通,测试样机冷却水泵PUMP2的进水端与测试样机冷凝器CO的出水管路相连通;
工况机组蒸发器WCEV通过在测试样机冷却水泵PUMP2进水端以及测试样机冷凝器CO的出水管路之间并联管路,将蒸发冷量带入测试样机冷凝器CO内;
工况机组冷凝器WCCO通过在测试样机冷冻水泵PUMP1进水端以及测试样机蒸发器EV出水管路之间并联管路,将一部分冷凝热量带入测试样机蒸发器EV内;工况机组冷凝器WCCO还通过在管路上串联设置工况机组冷凝器水泵PUMP4与冷却塔TOWER,将另一部分冷凝热量通过冷却塔TOWER排入周围环境中;
所述测试子系统还包括蒸发器兑水泵PUMP6、工况机组冷凝器热回收换热器HEX1的低温侧、恒温水箱TANK、冷凝器补水泵PUMP5、工况机组蒸发器水泵PUMP3;
所述散热子系统还包括工况机组冷凝器热回收换热器HEX1的高温侧;
测试样机冷冻水泵PUMP1的进水端还与蒸发器兑水泵PUMP6的出水端相连通,蒸发器兑水泵PUMP6的进水端与工况机组冷凝器热回收换热器HEX1低温侧的出水管路相连通,工况机组冷凝器热回收换热器HEX1低温侧的进水管路与测试样机蒸发器EV的出水管路相连通;
恒温水箱TANK的第一出水端与冷凝器补水泵PUMP5的进水端相连通,冷凝器补水泵PUMP5的出水端分别与测试样机冷却水泵PUMP2的进水端、恒温水箱TANK的第一进水端相连通,测试样机冷凝器CO的出水管路与恒温水箱TANK的第一进水端相连通;
恒温水箱TANK的第二出水端与工况机组蒸发器水泵PUMP3的进水端相连通,工况机组蒸发器水泵PUMP3的出水端与工况机组蒸发器WCEV的进水管路相连通,工况机组蒸发器WCEV的出水管路与恒温水箱TANK的第二进水端相连通;
工况机组冷凝器水泵PUMP4的出水端与工况机组冷凝器WCCO的进水管路相连通,工况机组冷凝器WCCO的出水管路与工况机组冷凝器热回收换热器HEX1高温侧进水管路相连通,工况机组冷凝器热回收换热器HEX1高温侧出水管路与冷却塔TOWER的进水端相连通,冷却塔TOWER的出水端与工况机组冷凝器水泵PUMP4的进水端相连通。
2.根据权利要求1所述的一种冷水机组逆温工况测试系统,其特征在于:测试样机蒸发器EV的进水管路上还设置有冷冻水流量计F1、第一温度传感器T1,测试样机蒸发器EV的出水管路上还设置有第二温度传感器T2;测试样机冷凝器CO的进水管路上还设置有冷却水流量计F2、第四温度传感器T4,测试样机冷凝器CO的出水管路上还设置有第三温度传感器T3。
3.一种工况机组控制策略,该工况机组控制策略应用于如权利要求2所述的一种冷水机组逆温工况测试系统,其特征在于,包括以下步骤:
S1,工况机组接收到启动信号后,集群控制系统对工况机组内各器件进行故障检测,确认无故障后,集群控制系统根据轮值策略确定工况机组内各压缩机作为值班压缩机的开关机顺序或人工指定一台值班压缩机;
轮值策略:集群控制系统记录工况机组内各压缩机从每个月的第一天起的运行时间,指定运行时间最短的压缩机为值班压缩机,并且,集群控制系统按照运行时间从短到长的顺序来排列工况机组内各个未加载运行的压缩机的开机顺序,按照运行时间从长到短的顺序来排列工况机组内各个正在加载运行的压缩机的关机顺序;
S2,值班压缩机启动,工况机组运行以下策略之一:当前值班压缩机的加载策略、工况机组的加机策略、工况机组的减机策略;
S3,工况机组停机策略:当工况机组蒸发器水泵PUMP3和/或工况机组冷凝器水泵PUMP4出现水流断流,或当前工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度实际值Tpv在死区温度Tref以下时,工况机组停机;
在S2中当前值班压缩机的加载策略还包括以下步骤:
Sa1,预先设定工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度目标值Tsp、集群控制系统每秒采集一次工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度实际值Tpv,将集群控制系统开始采集工况机组蒸发器WCEV出水管路的出水温度实际值的时刻记为第0秒,根据集群控制系统采集工况机组蒸发器WCEV出水管路中的出水温度实际值Tpv,计算第n秒的水温变化速率Vpv:
;Tpv(i)表示第i秒的出水温度实际值,Tpv(i+1)表示第(i+1)秒的出水温度实际值,其中,0≤i≤n,且i为整数;
Sa2,工况机组中各压缩机采用变频控制,每台压缩机对应一套PID调节功能,通过集群控制系统不断的调整Tpv,使Tpv接近Tsp:
若Tpv-Tsp≥10℃,则集群控制系统设定工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度变化最大速率Vmax=1℃/min,并判断是否存在Vpv<Vmax,若存在Vpv<Vmax,则集群控制系统允许当前值班压缩机加载,若不存在Vpv<Vmax,则集群控制系统禁止当前值班压缩机加载;
若5℃≤Tpv-Tsp<10℃,则集群控制系统设定工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度变化最大速率Vmax=0.5℃/min,并判断是否存在Vpv<Vmax,若存在Vpv<Vmax,则集群控制系统允许当前值班压缩机加载,若不存在Vpv<Vmax,则集群控制系统禁止当前值班压缩机加载;
若Tpv-Tsp<5℃,则集群控制系统设定工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度变化最大速率Vmax=0.2℃/min,并判断是否存在Vpv<Vmax,若存在Vpv<Vmax,则集群控制系统允许当前值班压缩机加载,若不存在Vpv<Vmax,则集群控制系统禁止当前值班压缩机加载;
在S2中工况机组的加机策略还包括以下步骤:
Sb1,集群控制系统检测到工况机组内正在运行的压缩机的运行容量在第一设定时间阈值Δt1内均达到满负荷运行容量的95%以上时,集群控制系统开始计算工况机组是否满足加机条件;
Sb2,集群控制系统先计算当前工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度实际值Tpv与出水温度目标值Tsp的目标温差ΔT1=Tpv-Tsp,若当前的目标温差ΔT1低于第一设定温差值阈值,则回到Sb1;
若当前的目标温差ΔT1在第一设定温差值阈值以上,则集群控制系统计算此刻工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度实际值Tpv,与从此刻开始经过第二设定时间阈值Δt2的工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度实际值Tpv’之间的第二变化差值ΔT2=|Tpv-Tpv’|,若第二变化差值ΔT2在第二设定温差值阈值以上,则回到Sb1;若第二变化差值ΔT2低于第二设定温差值阈值,则工况机组满足加机条件;
Sb3,工况机组根据轮值策略或人工指定的开机顺序来增加加载运行的压缩机;
在S2中工况机组的减机策略还包括以下步骤:
Sc1,集群控制系统检测到工况机组内正在运行的压缩机中,若存在至少一台压缩机在第三设定时间阈值Δt3内,其运行容量维持在满负荷运行容量的40%以下,则集群控制系统开始计算工况机组是否满足减机条件;
Sc2,集群控制系统判断当前工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度实际值Tpv是否在工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度目标值Tsp以下,若当前工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度实际值Tpv高于工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度目标值Tsp,则回到Sc1;
若当前工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度实际值Tpv在工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度目标值Tsp以下,则集群控制系统计算此刻工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度实际值Tpv,与从此刻开始经过第三设定时间阈值Δt3的工况机组蒸发器WCEV的出水管路的出水温度实际值Tpv*之间的第四变化差值ΔT4=|Tpv-Tpv*|,若第四变化差值ΔT4在第四设定温差值阈值以上,则回到Sc1;若第四变化差值ΔT4低于第四设定温差值阈值,则工况机组满足减机条件;
Sc3,集群控制系统根据轮值策略或人工指定的关机顺序来减少工况机组内运行的非值班压缩机,并保证值班压缩机的运行容量控制在不低于满负荷运行容量的40%;集群控制系统每次只关闭一台非值班压缩机,并回到Sc1。
4.根据权利要求3所述的一种工况机组控制策略,其特征在于:S3中的死区温度Tref=Tsp-5℃。
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