CN204757425U - 一种离心式制冷机组防喘振系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及防喘振结构领域，公开了一种离心式制冷机组的防喘振系统，一种离心式制冷机组防喘振系统，冷凝器与蒸发器之间分别连接有压缩机和节流装置，节流装置与冷冻进水口之间设置有用于降低冷凝器与蒸发器之间压力差的升压支路；升压支路中含有换热装置，换热装置具有冷媒通路和水通路，冷媒通路连通冷凝器和节流装置，水通路连通冷冻进水口和蒸发器，换热装置中从冷冻进水口中进入的水与从冷凝器中出来的制冷剂进行换热。本申请中通过设置用于降低冷凝器与蒸发器之间的压力差的升压支路并在升压支路中设置换热装置，有效降低了冷凝器与蒸发器之间的系统压力差，避免了现有技术中的热气旁通阀在开启时产生噪音的问题。

Description

一种离心式制冷机组防喘振系统

技术领域

本实用新型涉及防喘振结构领域，更具体的公开了一种应用于离心式制冷机组的防喘振系统。

背景技术

离心式制冷压缩机作为一种速度式压缩机，在运行过程中出现喘振现象是其固有的一种特性。选用离心压缩机的制冷中央空调机组，在其设计和实际使用过程中都要时刻注意避免喘振现象的发生。

压缩机运行过程中喘振现象发生的机理大致分为两类：一是高压差；二是低流量。由于上述两个因素造成在压缩机运行过程中压缩机机组的进口导叶调节气体流量和变频机组的电机转速调节，都需要为了避免喘振现象的出现而进行适当的限制，因此在一定程度上限制了压缩机机组的实际运行范围。

同时，当离心式制冷压缩机因冷却塔能力不足造成冷却水的水温偏高，从而造成冷凝压力超出机组设计压力，或是因实际负荷低于机组容量调节下限造成冷冻水温偏低等情况，都会诱发压缩机机组出现喘振现象。

现有技术中解决离心式压缩机喘振现象的办法大多是在压缩机组上安装热气旁通阀。当预测到压缩机组发生喘振现象时，通过开启热气旁通阀进行导通，高温高压的制冷剂气体直接串通进入蒸发器，削减系统的高低压差，同时增加压缩机的吸排气量，使得压缩机机组远离喘振点，但是这种控制方法存在如下问题：(1)高温高压的气态制冷剂以极高的流速进入蒸发器，伴随较大的噪音；(2)压缩机的吸排气量增加导致功耗增加，但因从冷凝器旁通过来的气态冷媒不具有制冷效果，压缩机对其做功造成资源上的浪费，压缩机的工作性能系数大打折扣；(3)受电磁阀规格和旁通管路管径等因素影响，压缩机机组的热气旁通量受限，对于较大型的机组，热气旁通的效果比重会降低，采用上述安装旁通阀的方案对整个压缩机机组的工作状况来看往往只是杯水车薪。

因此，为了满足离心式制冷机组预防喘振现象的需要，市场亟需一种在不影响经济性的条件下，能够通过制冷机组相关的传感器检测到的关键数据，在喘振现象发生之前通过提升蒸发压力以扩展压缩机运行范围的方法，使制冷机组远离喘振现象的离心式制冷机组防喘振系统。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于，在不影响离心式制冷机组运行经济性的条件下，提出一种离心式制冷机组防喘振系统，当离心式制冷机组在小负荷、高压差的工况下工作时，能够有效预防离心式制冷机组发生喘振的现象，有效改善并提升离心式制冷机组的能效循环。

为达到此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种离心式制冷机组防喘振系统，冷凝器与蒸发器之间分别连接有压缩机和节流装置，所述节流装置与冷冻进水口之间设置有用于降低所述冷凝器与蒸发器之间压力差的升压支路；所述升压支路中含有换热装置，所述换热装置中具有冷媒通路和水通路，所述冷媒通路连通所述冷凝器和节流装置，所述水通路连通所述冷冻进水口和蒸发器，所述换热装置中从所述冷冻进水口中进入的水与从所述冷凝器中出来的制冷剂进行换热。

进一步的，所述冷冻进水口与所述蒸发器之间设置有三通换向阀；所述三通换向阀的三个阀口分别与冷冻进水口、蒸发器和升压支路的进水管相连接。

进一步的，所述升压支路包括换热器、出水管和所述进水管；所述换热器的冷媒通路连接所述冷凝器和所述节流装置，所述出水管连接于所述换热器的水通路与蒸发器之间，所述进水管连接于所述三通换向阀与换热器的水通路之间。

进一步的，还包括控制装置，所述控制装置用于控制所述三通换向阀的三个阀口之间的换向和开度。

进一步的，还包括用于检测流入和流出所述蒸发器的水的水温的温度传感器、用于检测所述蒸发器和冷凝器的工作压力值的压力传感器以及用于检测所述压缩机中电流大小的电流互感器。

进一步的，所述控制装置与分别与所述温度传感器、压力传感器和电流互感器相连接。

优选的，所述三通换向阀为电动三通换向阀。

优选的，所述换热器为板式换热器。

优选的，所述节流装置为节流阀。

本实用新型的有益效果为：本申请中通过设置用于降低冷凝器与蒸发器之间的压力差的升压支路并在升压支路中设置换热装置，换热装置具有冷媒通路和水通路，冷媒通路连通冷凝器和节流装置，水通路连通冷冻进水口和蒸发器，换热装置中从冷冻进水口中进入的水与从冷凝器中出来的制冷剂进行换热，有效降低了冷凝器与蒸发器之间的系统压力差，避免了现有技术中的热气旁通阀在开启时产生的噪音。

升压支路与蒸发器之间形成一个闭式循环系统，升压支路中的水与制冷剂换热后还能够进入到蒸发器中继续被使用，用于换热的水质清洁，与现有技术中热气旁通阀相比，本申请中使用的板式换热器寿命更长，经济效益更好，使用可靠性更高。

本申请中通过提升蒸发器中的蒸发温度和冷媒的过冷度，以防止离心式制冷机组在使用过程中出现喘振现象的同时还能够在一定程度上提升制冷机组的能效，避免现有技术中使用热气旁通阀带来的资源和能量的浪费，使得制冷机组的换热过程中能量的利用率更高。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式提出的离心式制冷机组防喘振系统的整体连接结构示意图；

图2是本实用新型具体实施方式提出的防喘振系统的喘振预测曲线。

图中：

1、冷凝器；2、蒸发器；3、压缩机；4、节流装置；5、换热器；6、三通换向阀；7、冷冻进水口；8、冷冻出水口；9、冷却出水口；10、冷却进水口；11、进水管；12、出水管；13、控制装置。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

如图1所示，是本实用新型具体实施方式提出的离心式制冷机组防喘振系统的具体连接结构。本实用新型中的制冷机组中的各个部件之间的连接方式与现有技术中的制冷机组的连接方式大致相同，包括冷凝器1和蒸发器2，在冷凝器1与蒸发器2之间分别连接有压缩机3和节流装置4。冷凝器1上连接有冷却出水口9和冷却进水口10,冷却进水口10用于供外界的冷却水进入到冷凝器1中并与冷凝器1中的制冷剂进行换热，冷却出水口9用于供经过换热后的冷却水从冷凝器1中排出到外界环境中。蒸发器2上连接有冷冻进水口7和冷冻出水口8，冷冻进水口7用于向蒸发器2中通入用于与制冷剂进行换热的水，冷冻出水口8用于将经过换热后的水从蒸发器2中排出至蒸发器2外。冷却水进口10和冷却水出口9与冷凝器之间，以及冷冻进水口7和冷冻出水口8与蒸发器2之间均通过管路相连接。

为了解决现有技术中使用热气旁通阀预防制冷机组出现喘振现象而造成的各种问题，本实用新型中在节流装置4与冷冻进水口7之间设置有用于降低冷凝器1与蒸发器2之间压力差的升压支路。升压支路中含有换热装置，换热装置具有冷媒通路和水通路，冷媒通路连通冷凝器1和节流装置4，水通路连通冷冻进水口7和蒸发器2，换热装置中从冷冻进水口7中进入的水与从冷凝器1中出来的制冷剂进行换热。

升压支路包括换热器5、出水管12和进水管11，换热器5设置于冷凝器1与节流装置4之间，换热器5的冷媒通路连接冷凝器1和节流装置4，出水管连接于换热器5的水通路与蒸发器2之间，从冷凝器1中出来进入到换热器5的冷媒通路中的液态冷媒需要先在换热器5中进行换热后再进入到节流装置4中。换热器5的水通路的出口与蒸发器2之间通过出水管12连接，三通换向阀6与换热器5之间通过进水管11连接。本实用新型中换热装置为换热器5，作为一种优选的实施方案，本实施例中的换热器5选用板式换热器，本实施例中的节流装置4为节流阀。

本实施例中的离心式制冷机组防喘振系统还包括控制装置13，控制装置13用于控制三通换向阀6的三个阀口之间的换向和开度。更具体的，三通换向阀6的三个阀口分别与冷冻进水口7、蒸发器2和升压支路的进水管11相连接。控制装置13可以通过控制三通换向阀6三个阀口的开闭实现冷冻进水口7与冷凝器1之间的连接，或是实现冷冻进水口7与换热器5之间的连接。控制装置13还能够根据使用过程中出现的情况控制三通换向阀6任意两个阀口之间通过的水的流量。控制装置13可以采用PLC进行控制，但控制装置13并不局限于上述一种控制方式，还可以采用别的控制方式。本实施例中的三通换向阀6为电动三通换向阀，控制装置13与三通换向阀6电连接并进行控制。

为了对防喘振系统工作过程中进行检测和预防，本实施例中还包括用于检测流入和流出蒸发器2的水的水温的温度传感器、用于检测蒸发器2和冷凝器1的工作压力值的压力传感器以及用于检测压缩机3中电流大小的电流互感器。具体的，冷冻进水口7位置处设置有第一温度传感器，冷冻出水口8位置处设置有第二温度传感器；冷凝器1上设置有第一压力传感器，蒸发器2上设置有第二压力传感器；压缩机3上设置有电流互感器。第一压力传感器检测的冷凝器1上的压力值为P1，第二压力传感器检测的蒸发器2上的压力值为P2；第一温度传感器检测冷冻进水口7位置处的温度为T1，第二温度传感器检测冷冻出水口8位置处的温度为T2，电流互感器检测压缩机3上的电流大小为A。控制装置13分别与温度传感器、压力传感器和电流互感器相连接。对上述各个温度传感器、压力传感器和电流互感器采集到的各项参数值进行处理的同时对各个传感器进行控制。通过对冷冻进水口7和冷冻出水口8的水温进行检测并获得水温差以判断制冷机组运行过程中的负荷。通过对蒸发器2和冷凝器1工作过程中的压力进行检测并获得压力差以预防制冷机组工作过程中喘振的发生，并采取相应的防喘振措施，使制冷机组远离喘振点，预防喘振发生。通过对压缩机3工作过程中的电流进行检测获得电流波动，以准确判断喘振是否已发生并及时采取措施，以保护制冷机组不会发生损坏。

冷冻进水口7与冷冻出水口8之间的温度差ΔT＝│T1-T2│，冷凝器1与蒸发器2之间的压力差值为ΔP＝│P1-P2│。本实用新型中通过ΔT和ΔP之间形成的预测喘振控制线对制冷机组将要发生喘振的情况进行预测，并在实际喘振现象发生之前，通过控制三通换向阀6的三个阀口的开闭状态从冷冻进水口7向换热器5中引入一定量的冷冻进水，在换热器5中形成冷冻进水与节流之前的高温液态冷媒进行换热，并将经过换热后升温的水通过出水管12并入到蒸发器2中，以避免在实际使用中出现喘振现象。采用上述方式，一方面能够提升蒸发器2的蒸发压力，扩展压缩机3的运行范围，使制冷机组远离喘振点，不会出现喘振现象；另一方面，能够增加节流之前的冷媒的过冷度，有效提升系统的能效，对冷媒的利用效率更高。

如图2所示结合图1中的连接结构，是本实施例中通过对定频或变频制冷机组进行试验，通过检测冷冻进水口7和冷冻出水口8之间的水温差ΔT并获得蒸发器2与冷凝器1之间的压力差ΔP从而获得的防喘振系统的喘振预测曲线。从图中可以得知，随着温度差ΔT的增加，即压缩机3的流量逐渐增大，则预测曲线越远离喘振工况点，且能够获得更高的高低压差ΔP，因此可按照图中的预测喘振控制线对实际工作中制冷机组的喘振情况进行预测。

在对制冷机组进行控制的过程中，在制冷机组蒸发器2进出水温差ΔT与制冷机组系统高低压差ΔP的实际喘振线之前，预留一定的控制余量，当检测到一定的ΔT下制冷机组系统的高低压差超过了预测喘振控制线，则控制装置13控制蒸发器2与冷冻进水口7之间的三通换向阀6的阀口进行转换，将从冷冻进水口7中进入的低温冷却水中的一部分引入到换热器5中与节流前的高温液态冷媒进行换热。

经换热器换热降温后的冷媒取得更大的过冷度，上述升压支路中的结构可根据制冷机组结构的不同采取不同的布置形式，对于制冷机组为单级循环系统结构的可直接经过节流装置节流后进入到蒸发器中。对于多级循环制冷机组，换热器可布置在一级节流之前，冷却后的过冷液态冷媒经节流后进入闪发器。也可将换热器布置在二级节流前，由闪发器引出的液态冷媒进入换热器换热取得过冷度后，再经由二次节流去往蒸发器。

如果在采取了上述措施之后，制冷机组工作条件更恶劣，即从冷冻进水口7中进入的冷冻水都先进入到换热器5中与节流前的冷媒进行换热，制冷机组仍无法退出防喘振控制的情况下，则根据压缩机3上设置的电流互感器检测到的电流的波动情况是否超过允许状态来判断制冷机组是否已实际发生喘振，并采取停机保护措施。

根据在制冷机组中设置的各个传感器采集到的参数，以及预设的防喘振控制线，判断制冷机组运行的状态与喘振工况的接近程度，控制三通换向阀的开度，将一部分或全部从冷冻进水口中进入的冷冻进水引入到换热器中，在换热器中的冷冻水与高温冷媒进行预先的换热升温后再流回到蒸发器中，提高了制冷机组蒸发压力且降低了运行压比，使得压缩机运行压比条件更温和，制冷机组可以卸载至更小的负荷范围以贴近实际情况。另一方面，高温液态冷媒经换热后，取得更大的过冷度，经过换热后再进行节流的冷媒所产生的节流损失越少，蒸发器对冷媒的利用效率越高，制冷机组的能效获得大幅度提高。

本申请中通过设置用于降低冷凝器与蒸发器之间的压力差的升压支路并在升压支路中设置换热装置，换热装置中从冷冻进水口中进入的水与从冷凝器中出来的制冷剂进行换热，有效降低了冷凝器与蒸发器之间的系统压力差，避免了现有技术中的热气旁通阀在开启时产生的噪音。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理，这些描述只是为了解释本实用新型的原理，不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处解释，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实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种离心式制冷机组防喘振系统，冷凝器(1)与蒸发器(2)之间分别连接有压缩机(3)和节流装置(4)，其特征在于：所述节流装置(4)与冷冻进水口(7)之间设置有用于降低所述冷凝器(1)与蒸发器(2)之间压力差的升压支路；

所述升压支路中含有换热装置，所述换热装置具有冷媒通路和水通路，所述冷媒通路连通所述冷凝器(1)和节流装置(4)，所述水通路连通所述冷冻进水口(7)和蒸发器(2)，所述换热装置中从所述冷冻进水口(7)中进入的水与从所述冷凝器(1)中出来的制冷剂进行换热。

2.根据权利要求1所述的离心式制冷机组防喘振系统，其特征在于：所述冷冻进水口(7)与所述蒸发器(2)之间设置有三通换向阀(6)；

所述三通换向阀(6)的三个阀口分别与冷冻进水口(7)、蒸发器(2)和升压支路的进水管(11)相连接。

3.根据权利要求2所述的离心式制冷机组防喘振系统，其特征在于：所述升压支路包括换热器(5)、出水管(12)和所述进水管(11)；

所述换热器(5)的冷媒通路连接所述冷凝器(1)和节流装置(4)，所述出水管连接于所述换热器(5)的水通路与蒸发器(2)之间，所述进水管(11)连接于所述三通换向阀(6)与换热器(5)的水通路之间。

4.根据权利要求2或3所述的离心式制冷机组防喘振系统，其特征在于：还包括控制装置(13)，所述控制装置(13)用于控制所述三通换向阀的三个阀口之间的换向和开度。

5.根据权利要求4所述的离心式制冷机组防喘振系统，其特征在于：还包括用于检测流入和流出所述蒸发器(2)的水的水温的温度传感器、用于检测所述蒸发器(2)和冷凝器(1)的工作压力值的压力传感器以及用于检测所述压缩机(3)中电流大小的电流互感器。

6.根据权利要求5所述的离心式制冷机组防喘振系统，其特征在于：所述控制装置(13)分别与所述温度传感器、压力传感器和电流互感器相连接。

7.根据权利要求2或3所述的离心式制冷机组防喘振系统，其特征在于：所述三通换向阀(6)为电动三通换向阀。

8.根据权利要求3所述的离心式制冷机组防喘振系统，其特征在于：所述换热器(5)为板式换热器。

9.根据权利要求1-3任一项所述的离心式制冷机组防喘振系统，其特征在于：所述节流装置(4)为节流阀。