KR20160075813A - 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

안정성 제어 알고리즘(300)은 원심성 압축기(120,108,119)에 대하여 제공된다. 안정성 제어 알고리즘은 (제공된 경우에) 압축기 불안정성의 탐지에 반응하여 가변 기하학적 디퓨저(119)와 고온가스 바이패스 밸브(134)를 제어하는데 사용된다. 안정성 제어 알고리즘은 써지 상태(surge condition)나 스톨 상태(stall condition)의 탐지에 반응하여 가변 기하학적 디퓨저에서 디퓨저 링(210)의 위치를 조정할 수 있다. 가변 기하학적 디퓨저에서 디퓨저 링은 디퓨저 링의 최적 위치를 결정하도록 조정될 수 있다. 안정성 제어 알고리즘은 연속된 써지 상태의 탐지에 반응하여 고온가스 바이패스 밸브를 개방시키도록 사용될 수 있다.

Description

제어 시스템{Control system}
관련출원의 상호참조
본 출원은 SYSTEM AND METHOD FOR STABILITY CONTROL IN A CENTRIFUGAL COMPRESSOR라는 발명의 명칭으로 2003년 10월 10일자로 출원된 미국 출원번호 제 10/683,772 호의 일부 계속 출원이다.
본 출원은 일반적으로 제어 시스템에 관한 것이다. 본 출원은 특히 압축기 불안정성 상태에 반응하여 원심성 압축기의 가변 기하학적 확산 메카니즘을 제어하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
원심성 압축기는 압축기의 작동과정 동안에 써지 상태나 스톨(stall) 상태와 같은 불안정성을 겪게될 것이다. 써지 또는 써징(surging)은 원심성 압축기가 낮은 부하 및 고압 비율로 작동하는 경우에 일어나게 되는 불안정한 상태이다. 써지는 압력과 유동에 있어서 진동을 갖는 일시적인 현상이며, 몇몇의 경우에는 압축기를 통한 완벽한 유동 역전이 발생하는 현상이다. 써징은, 만일 제어되지 않으면, 압축기의 회전 및 정적인 부품들에 있어서 과도한 진동을 야기할 수 있으며, 이것은 영구적인 압축기 손상을 초래하게 된다. 써지 상태를 보정하거나 교정하기 위한 한가지 기술은 압축기 유입구에서 유동을 증가시키기 위하여 압축기의 배출가스중 일부를 압축기 유입구로 복귀시키도록 고온 가스 바이패스 밸브를 개방시키는 것이다.
원심성 압축기에서 회전 스톨은 압축기의 회전 임펠러에서 발생하거나 임펠러 하류의 압축기의 정적인 디퓨저에서 발생할 수 있다. 두 경우에 있어서, 회전 스톨의 존재는 압축기 및/또는 시스템의 성능에 부정적인 영향을 끼칠 수 있다. 혼합된 유동 원심성 압축기와 베인 없는(vaneless) 방사상 디퓨저는 그들의 의도된 작동 범위중 일부 또는 몇몇의 경우 또는 모두 동안에 디퓨저 회전 스톨을 경험할 수 있다. 디퓨저의 디자인은 디퓨저 통로에서 어느 정도의 유동 경험 분리 없이 모든 유동을 수용할 수 없기 때문에, 통상적으로 디퓨저 회전 스톨이 발생한다.
디퓨저 회전 스톨은 저주파 사운드 에너지 또는 맥동의 발생을 야기한다. 맥동들은 가스 유동 통로에서 고 진폭을 가지며, 압축기, 그것의 제어 또는 다른 연관된 부품/시스템의 조기 실패를 야기할 것이다. 원심성 압축기에서 스톨 상태를 보정하거나 교정하기 위한 한가지 기술은 가변 기하학적 디퓨저에서 디퓨저 공간을 폐쇄하는 것이다. 디퓨저 공간의 폐쇄는 써지 상태에 저항하도록 압축기 능력을 향상시키는 것이다. 그러나, 디퓨저 갭의 과도한 폐쇄는 압축기를 통과하는 유량이나 용량을 줄일 수 있다.
본 발명은 냉매 증기를 압축하도록 구성된 원심성 압축기를 갖는 액체 냉각기 시스템에 관한 것이다.
원심성 압축기는 압축되지 않은 냉매 증기를 수용하기 위한 압축기 유입구 및 압축된 냉매 증기를 배출시키기 위한 압축기 배출구를 구비한다. 내부적으로, 압축기는 디퓨저를 통한 압축된 냉매 증기의 유동 통로를 변화시키도록 조정가능한 디퓨저 링을 구비한 디퓨저를 갖는다. 액체 냉각기 시스템은 압축기 배출구와 유입구 사이에서 연결된 임의의 고온 가스 바이패스 밸브를 또한 포함할 수 있다. 임의의 고온가스 바이패스 밸브는 압축된 냉매 증기의 일부가 압축기 배출구로부터 압축기 유입구로 유동할 수 있게 허용하도록 구성되는데, 이는 압축기를 통한 최소 냉매 증기 유량을 유지하도록 사용된다. 액체 냉각기 시스템은 원심성 압축기의 안정한 작동을 유지하기 위해서 디퓨저와 임의의 고온가스 바이패스 밸브를 제어하도록 안정성 제어 시스템을 더 포함한다. 안정성 제어 시스템은 원심성 압축기에서 스톨 상태를 탐지하는 것에 반응하여 상기 디퓨저 링을 제어하기 위한 스톨 반응상태, 상기 원심성 압축기에서 써지 상태를 탐지하는 것에 반응하여 상기 디퓨저 링을 제어하기 위한 써지 반응상태, 상기 원심성 압축기에서 제 2 써지 상태를 탐지하는 것에 반응하여 임의의 고온가스 바이패스 밸브를 제어하기 위한 고온가스 오버라이드(override) 상태, 및 상기 디퓨저 링에 대한 최적 위치를 얻기 위해서 상기 디퓨저 링을 제어하기 위한 프로빙(probing) 상태를 갖는다.
본 발명은 폐 냉각 회로로 연결된 압축기, 응축기 및 증발기를 구비한 냉각 시스템에 관한 것이다. 압축기는 상기 냉각 시스템으로부터 압축되지 않은 냉매 증기를 수용하기 위한 압축기 유입구, 압축된 냉매 증기를 상기 냉각 시스템으로 배출하기 위한 압축기 배출구 및 상기 압축기 배출구에 인접하게 배치된 디퓨저를 포함한다. 상기 디퓨저는 압축된 냉매 증기의 통로를 압축기 배출구 쪽으로 허용하도록 구성된 디퓨저 공간 및 상기 디퓨저 공간을 통한 압축된 냉매 증기의 제어를 위해서 상기 디퓨저 공간의 크기를 변화시키도록 상기 디퓨저 공간에 조정가능하게 위치된 디퓨저 링을 구비한다. 냉각 시스템은 압축기의 안정한 작동을 유지하기 위해서 상기 압축기에서 스톨 상태와 써지 상태의 탐지에 반응하여 상기 디퓨저 공간에서 상기 디퓨저 링의 위치를 제어하기 위한 안정성 제어 시스템을 또한 포함한다.
본 발명은 압축기 유입구, 압축기 배출구 및 조정가능한 유동 통로를 갖는 가변 기하학 디퓨저를 구비한 원심성 압축기의 안정한 작동을 유지하기 위한 안정성 제어 시스템에 관한 것이다. 안정성 제어 시스템은 원심성 압축기에서 스톨 상태를 탐지하는 것에 반응하여 가변 기하학 디퓨저의 유동통로를 조정하기 위한 스톨 반응상태 및 원심성 압축기에서 써지 상태를 탐지하는 것에 반응하여 가변 기하학 디퓨저의 유동통로를 조정하기 위한 써지 반응상태를 갖는다.
본 발명은 조정 가능한 유동통로를 갖는 가변 기하학 디퓨저를 구비한 원심성 압축기에서 안정성 제어를 제공하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 원심성 압축기의 작동과정 동안에 원심성 압축기에서 써지 상태를 반복적으로 탐지하는 단계; 원심성 압축기의 작동과정 동안에 원심성 압축기에서 스톨 상태를 반복적으로 탐지하는 단계; 소정의 써지 반응시간 동안에 원심성 압축기에서 써지 상태의 탐지에 반응하여 가변 기하학 디퓨저의 유동통로를 연속적으로 폐쇄하는 단계; 그리고 탐지된 스톨 상태가 보정되거나 또는 써지 상태가 탐지될 때까지 원심성 압축기에서 스톨 상태를 탐지하는 것에 반응하여 가변 기하학 디퓨저의 유동통로를 연속적으로 폐쇄시키는 단계를 포함한다.
본 발명은 압축기의 안정한 작동을 유지하기 위한 제어시스템에 관한 것이다. 제어 시스템은 압축기에서 스톨 상태나 써지 상태 중 하나를 탐지하는 것에 반응하여 압축기의 디퓨저의 유동통로를 폐쇄하도록 구성된 적어도 하나의 제 1 제어 상태를 포함한다. 제어 시스템은 스톨 상태나 써지 상태의 부재를 결정하는 것에 반응하여 압축기의 디퓨저의 유동통로를 개방하도록 구성된 적어도 하나의 제 2 제어상태를 포함한다.
본 발명은 원심성 압축기에서 안정성 제어를 제공하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 원심성 압축기의 작동과정 동안에 써지 상태를 반복적으로 탐지하는 단계와, 원심성 압축기의 작동과정 동안에 스톨 상태를 반복적으로 탐지하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 원심성 압축기에서 써지 상태나 스톨 상태를 탐지하는 것에 반응하여 원심성 압축기의 디퓨저의 유동통로를 폐쇄시키는 단계와, 써지 상태나 스톨 상태의 부재에 반응하여 원심성 압축기의 디퓨저의 유동통로를 개방시키는 단계를 또한 포함한다.
본 발명은 증기 압축 시스템에 관한 것이다. 증기 압축 시스템은 폐루프로 연결된 압축기, 제 1 열교환기 및 제 2 열교환기를 포함한다. 압축기는 압축되지 않은 증기를 수용하기 위한 유입구, 압축된 증기를 배출하기 위한 배출구 및 상기 배출구 근처에 배치된 디퓨저를 포함한다. 압축된 증기를 상기 배출구로 유동할 수 있게 허용하도록 구성된 통로와, 상기 통로를 통한 압축된 증기의 유동을 제어하도록 상기 통로의 치수를 변화시키기 위해 상기 통로에 조정가능하게 위치된 링을 갖는다. 증기 압축 시스템은 압축기에서 스톨 상태와 써지 상태의 존재 또는 압축기에서 스톨 상태와 써지 상태의 부재중 하나에 반응하여 상기 통로에서 상기 링의 위치를 조정하기 위한 제어장치를 또한 포함한다.
도 1은 증기 압축 시스템의 바람직한 실시 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 원심성 압축기와 디퓨저의 바람직한 실시 예의 부분 단면도이다.
도 3은 도 1의 증기 압축 시스템을 위한 제어 시스템의 바람직한 상태 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 증기 압축 시스템을 위한 제어 시스템의 다른 바람직한 상태 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 5는 증기 압축 시스템의 다른 바람직한 실시 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 증기 압축 시스템을 위한 제어 시스템의 바람직한 상태 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 5의 증기 압축 시스템을 위한 제어 시스템의 다른 바람직한 상태 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 1은 가열, 통기 및 공기조화(HVAC), 냉동 또는 액체 냉각 시스템에서 사용될 바람직한 증기 압축 시스템을 개략적으로 나타낸다. 증기 압축 시스템(100)은 모터(152)에 의해서 구동되는 압축기(108), 응축기(112), 팽창장치(도시되지 않음) 및 증발기(126)를 통해서 유체, 예를 들면 냉매를 순환시킬 수 있다. 증기 압축 시스템(100)은 아날로그 대 디지털(A/D) 변환기(148), 마이크로프로세서(150), 비휘발성 메모리(144) 및 인터페이스 보드(146)를 포함할 수 있는 제어패널(140)을 또한 포함할 수 있다. 증기 압축 시스템(100)에서 냉매로서 사용될 몇가지 예들은 하이드로플루오로카본(HFC) 기지 냉매들(예를 들면 R-410A), 이산화탄소(CO2; R-744) 및 다른 적당한 형태의 냉매이다.
압축기(108)와 함께 사용되는 모터(152)는 가변속 드라이브(VSD)에 의해서 동력을 인가받거나 혹은 교류(AC)나 직류(DC) 전원으로부터 직접적으로 동력을 인가받을 수 있다. 가변속 드라이브는, 사용되는 경우에, 특별한 고정 라인 전압과 고정 라인 주파수를 갖는 AC 전력을 AC전원으로부터 수용하고, 가변 전압과 주파수를 갖는 전압을 모터로 제공한다. 모터(152)는 VSD에 의해서 전력이 인가되거나 또는 AC나 DC전원으로부터 직접적으로 전력이 인가되는 소정 형식의 전기 모터가 될 수 있다. 예를 들면, 모터(152)는 스위치드 리럭턴스 모터, 유도전동기, 전자 정류식 영구자석 모터 또는 소정의 다른 적당한 모터 형식이 될 수 있다. 다른 바람직한 실시 예에 있어서, 증기나 가스 터빈들 또는 엔진들과 같은 다른 구동 기구들 및 그와 연관된 부품들이 압축기(108)를 구동시키는데 사용될 수 있다.
압축기(108)는 냉매 증기를 압축하고 그 증기를 배출 라인을 통해서 응축기(112)로 운반한다. 바람직한 실시 예에 있어서, 압축기(108)는 원심성 압축기가 될 수 있다. 압축기(108)에 의해서 응축기(112)로 운반된 냉매 증기는 유체, 예를 들어 물이나 공기로 열을 전달한다. 유체와의 열전달의 결과로서 냉매 증기는 응축기(112)에서 냉매 액체로 응축된다. 응축기(112)로부터 배출된 액체 냉매는 팽창장치(도시되지 않음)를 통해서 증발기(126)로 유동한다. 증발기(126)로 운반된 액체 냉매는 유체, 예를 들어 공기나 물로부터 열을 흡수하고 냉매 증기로의 상변화를 겪게 된다. 증기 냉매는 증발기(126)를 빠져나가고 사이클을 완결하도록 흡입라인에 의해서 압축기(108)로 복귀한다.
도 1에 도시된 바람직한 실시 예에 있어서, 응축기(112)의 냉매 증기는 냉각탑(122)과 연결된 열교환기(116)를 통해서 유동하면서 물과 열교환을 하게 된다. 응축기(112)에서 냉매는 열교환기 코일에서 물과의 열교환의 결과로서 냉매 액체로의 상 변화를 겪는다. 증발기(126)는 냉각 부하(130)에 연결된 공급라인(128S)과 복귀라인(128R)을 갖는 열교환기(128)를 포함할 수 있다. 열교환기(128)는 증발기(126) 내에 다수의 튜브 다발을 포함할 수 있다. 2차 액체, 예를 들어, 물, 에틸렌, 염화칼슘 브라인, 염화나트륨 브라인 또는 다른 적당한 2차 액체가 복귀라인(128R)을 경유하여 증발기(126)로 들어가고 공급라인(128S)을 경유하여 증발기(126)를 빠져나간다. 증발기(126)에서 액체 냉매는 열교환기 코일(128)에 있는 2차 액체의 온도를 낮추기 위해서 열교환기(128)에 있는 2차 액체와 열교환을 하게 된다. 증발기(126)에서 냉매는 열교환기 코일(128)에서 2차 액체와의 열교환의 결과로서 냉매 증기로의 상 변화를 겪는다.
*압축기(108)에 대한 입력이나 유입구에서, 압축기(108)쪽으로의 냉매 유동을 제어하기 위해 사용되는 하나 이상의 예비회전 베인들(PRV)이나 유입구 가이드 베인들(120)이 존재한다. 액튜에이터는 압축기(108)로 공급되는 냉매의 양을 증가시키도록 예비회전 베인들(120)을 개방시키도록 사용되고, 이에 의해서 시스템(100)의 용량성을 증가시킨다. 마찬가지로, 액튜에이터는 압축기(108) 로 공급되는 냉매의 양을 감소시키도록 예비회전 베인들(120)을 폐쇄시키도록 사용되고, 이에 의해서 시스템(100)의 용량을 감소시킨다.
도 2는 원심성 압축기와 디퓨저의 바람직한 실시 예의 부분 단면도이다. 압축기(108)는 냉매 증기를 압축하기 위한 임펠러(202)를 포함한다. 그러면, 압축된 증기는 디퓨저(119)를 통과한다. 디퓨저(119)는 가변 기하학을 갖는 베인 없는 방사상 디퓨저가 될 수 있다. 가변 기하학적 디퓨저(VSD)(110)는 냉매 증기의 통로를 제공하기 위해서 디퓨저 판(206)과 노즐 베이스 판(208) 사이에 형성된 디퓨저 공간(204)을 갖는다. 노즐 베이스판(208)은 디퓨저 링(210)과 함께 사용하도록 구성된다. 디퓨저 링(210)은 디퓨저 공간이나 통로(204)를 통과하는 냉매 증기의 속도를 제어하도록 사용된다. 디퓨저 링(210)은 통로를 통해서 유동하는 증기의 속도를 증가시키도록 디퓨저 통로(204) 내로 연장될 수 있고, 통로를 통해서 유동하는 증기의 속도를 감소시키도록 디퓨저 통로(204)로부터 철회될 수 있다. 디퓨저 링(210)은 디퓨저(119)의 가변 기하학을 제공하기 위해서 전기 모터에 의해 구동된 조정 메카니즘(212)을 사용하여 연장되고 철회될 수 있다. 하나의 예시적인 가변 기하학적 디퓨저의 작동 및 부품에 대한 보다 상세한 설명은 2005년 3월 29일자로 허여된 미국특허 제 6,872,050 호에 제공되어 있으며, 상기 특허는 여기에서는 참조로서 통합된다. 제어 패널(140)은 시스템(100)이 성능을 나타내는 시스템(100)으로부터 발생된 입력 신호들을 수용할 수 있는 A/D 컨버터(148)를 구비한다. 예를 들면, 제어 패널(140)에 의해서 수용된 입력 신호들은 예비회전 베인들(120)의 위치, 증발기(126)로부터 떠나는 냉각된 액체 온도, 증발기(126)와 응축기(112)의 압력, 및 압축기 배출통로에서의 음향 또는 소리 압력 측정치를 포함할 수 있다. 제어 패널(140)은 시스템(100)의 작동을 제어하기 위해 시스템(100)의 부품으로 신호들을 전송시키도록 인터페이스 보드(146)를 또한 구비한다. 예를 들면, 제어 패널(140)은 예비회전 베인들(120)의 위치를 제어하고 임의의 고온 가스 바이패스 밸브(134)(도 5 참조)의 위치를 제어하고 가변 기하학 디퓨저(119)에서 디퓨저 링(210)의 위치를 제어하기 위한 신호를 전송할 수 있다.
제어 패널(140)은 시스템 및 압축기 안정성을 유지하기 위해서 특별한 압축기 상태에 반응하여 가변 기하학 디퓨저(119)에서 디퓨저 링(210)을 연장 및 수축시기를 결정하고 시스템(100)의 작동을 제어하기 위한 제어 알고리즘을 사용한다. 제어 패널(140)은 시스템 및 압축기 안정성을 유지하기 위해서 만일 존재한다면 특별한 압축기상태에 반응하여 임의의 고온가스 바이패스 밸브(134)(도 5 내지 도 7 참조)를 개방 및 폐쇄시키기 위해서 제어 알고리즘을 사용할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 제어 알고리즘은 마이크로프로세서(150)에 의해서 실행되는 일련의 명령들을 갖는 비휘발성 메모리(144)에 저장된 컴퓨터 프로그램이 될 수 있다. 한 바람직한 실시 예에 있어서, 제어 알고리즘은 컴퓨터 프로그램에 내장되고 마이크로프로세서(150)에 의해서 실행된다. 그런데, 제어 알고리즘은 디지털 및/또는 아날로그 하드웨어를 사용하여 이행되고 실행될 것임을 이해할 수 있다. 제어 알고리즘을 실행하기 위해서 하드웨어가 사용되면, 제어 패널(140)의 대응하는 구성은 필요 부품들을 통합하고 더 이상 필요가 없는 부품들, 예를 들면 A/D 컨버터(148)와 같은 부품들을 제거하기 위해서 변경될 수 있다.
도 3, 4, 6 및 7은 압축기 및 시스템 안정성을 유지하기 위한 안정성 제어 알고리즘의 예시적인 상태 다이어그램이다. 안정성 제어 알고리즘은 시스템을 위한 다른 제어 알고리즘, 예를 들면 작동 제어 알고리즘에 대하여 별도의 프로그램으로서 실행되거나, 또는 안정성 제어 알고리즘은 시스템의 다른 제어 알고리즘 내로 통합될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 도 1의 시스템(100)에 안정성 제어를 제공하기 위해서 안정성 제어 알고리즘의 예시적인 실시 예에 대한 상태 다이어그램(300)은 6개의 제어 상태를 가질 수 있다. 제어 상태는 시동/중단 상태(302), 스톨 대기상태(304), 스톨 반응상태(306), 프로빙 상태(308), 써지 대기상태(310) 및 써지 반응상태(312)를 포함한다. 각각의 제어상태는 특별한 제어 상태에 대하여 대응하는 제어 작동들을 실행하기 위해서 하나 이상의 프로그램이나 알고리즘 또는 다른 제어장치나 장비를 포함할 수 있다.
시동/중단 상태(302)는 시스템(100)의 작동과정 동안에 안정성 제어 알고리즘(300)에서 제 1 상태와 마지막 상태이다. 시스템(100)이 불활성 상태로부터 작동하거나 시동할때, 안정성 제어 알고리즘(300)은 시동/중단 상태(302)에 들어간다.. 마찬가지로, 시스템(100)이 중단하거나 멈추는 경우, 시동/중단 상태(302)는 다른 제어 알고리즘 제어 시스템(100)이나 안정성 제어 알고리즘(300)으로부터 나오는 중단 명령어에 반응하여 안정성 제어 알고리즘(300)에서 다른 제어상태들 중 하나로 들어간다. 안정성 제어 알고리즘(300)은 압축기(108)가 작동할 때까지 시동/중단 상태(302)로 남는다. 시동/중단상태(302)에 있어서, 가변 기하학 디퓨저(119)의 디퓨저 링(210)은 완전 개방 또는 철회 위치로 이동하고, 이에 의해서 디퓨저 공간(204)이 완전히 열린다.
압축기(108)가 작동한 후에 스톨 대기 상태(304)에 들어간다. 스톨 대기 상태(304)는 스톨 반응상태(306)에서 스톨 상태의 그 다음 보정에 들어갈 수 있다. 안정성 제어 알고리즘(300)은, 다음 상태들; 소정의 스톨 대기 시간이 만료됨; 써지 상태가 탐지됨; 스톨 상태가 탐지됨; 또는 예비-회전 베인들(120)이 소정의 PRV 오프셋 양 이상으로 이동하는 것;들 중 하나가 일어날 때까지, 스톨 대기상태(304)로 남는다. 예비-회전 베인들(120)의 운동은 압축기 상태들(예를 들면 유동 및/또는 헤드)이 변하고 가변 기하학 디퓨저(119)의 조정이 필요한 것을 나타내는 인디케이터가 될 수 있다. 바람직한 실시 예에 따르면, 소정의 스톨 대기시간은 약 0.5분 내지 15분이 될 수 있고, 약 10분이 될 수 있고, 소정의 PRV 오프셋 양은 예비-회전 베인 모션 범위의 약 0% 내지 약 5% 범위가 될 수 있고, 약 3%가 될 수 있다. 스톨 대기상태(304)에 있어서, 가변 기하학 디퓨저(119)의 디퓨저 링(210)은 예전 상태에 있는 가변 기하학 디퓨저의 디퓨저 링(210)과 동일한 위치에서 고정되거나 유지되고, 이에 의해서 디퓨저 공간(204)에 개구부가 고정되거나 유지된다.
스톨 반응상태(306)는 스톨 대기상태(304)나 프로빙 상태(308)에서 압축기(108)에서 스톨의 탐지에 반응하여 들어간다. 압축기에서 스톨을 탐지하기 위한 예시적인 기술에 대한 방법 및 부품들의 보다 상세한 설명은 2005년 2월 22일에 허여된 미국특허 제 6,857,845 호에 제공되는데, 상기 특허는 여기에서는 참조로서 통합된다. 그러나, 어느 적당한 스톨 탐지기술이 본 장치에서 스톨을 탐지하도록 사용될 수 있음을 이해하게될 것이다. 안정성 제어 알고리즘(300)은 압축기(108)에서 탐지된 스톨 상태가 보정되거나 교정될 때까지 또는 써지 상태가 압축기(108)에서 탐지될때까지 스톨 반응상태(306)로 유지된다 바람직한 실시 예에 따르면, 스톨 상태는 대응하는 스톨 센서 전압이 소정의 스톨 최소 임계전압보다 작은 것에 반응하여 보정되거나 교정되고, 이때 소정의 스톨 최소 임계전압은 약 0.4V 내지 약 0.8V이고, 약 0.6V가 될 수 있다. 스톨 반응상태(306)에 있어서, 가변 기하학 디퓨저(119)의 디퓨저 링(210)은 폐쇄위치 쪽으로 연속적으로 연장되고, 이에 의해서 압축기(108)에서 탐지된 스톨 상태가 보정되거나 교정될 때까지 디퓨저 공간(204)에 있는 개구부를 폐쇄한다. 스톨 반응상태(306)에서 스톨 상태를 보정하거나 교정할 때, 안정성 제어 알고리즘(300)은 스톨 대기상태(304)로 복귀한다.
프로빙 상태(308)는 소정의 스톨 대기상태 기간의 만료 또는 스톨 대기상태(304)에서 소정의 PRV 오프셋 양 이상으로 예비-회전 베인들(120)의 움직임에 반응하게 된다. 프로빙 상태(308)는 써지 대기상태(310)에서 소정의 써지 대기 기간의 만료에 들어가게 된다. 안정성 제어 알고리즘(300)은 스톨 상태나 써지 상태가 압축기(108)에서 탐지될 때까지 프로빙상태(308)로 유지된다. 바람직한 실시 예에 따르면, 스톨 상태는 대응하는 스톨 센서 전압이 소정의 스톨 최소 임계전압보다 큰 것에 반응하여 보정되거나 교정되고, 이때 소정의 스톨 최소 임계전압은 약 0.6V 내지 약 1.2V이고, 약 0.8V가 될 수 있다. 프로빙 상태(308)에 있어서, 가변 기하학 디퓨저(119)의 디퓨저 링(210)은 개방되거나 철회되고, 이에 의해서 써지 상태나 스톨 상태가 압축기(108)에서 탐지될 때까지 디퓨저 공간(204)에서의 개구부를 증가시키게 된다. 바람직한 실시 예에 따르면, 가변 기하학 디퓨저(119)의 디퓨저 링(210)은 약 0.5초 내지 약 5초의 범위가 될 수 있고 약 1 또는 2초가 될 수 있는 소정의 펄스 인터벌을 갖는 펄스들에 의해서 증분량으로 또는 단계적으로 개방되거나 철회된다. 낮은 압축기 부하, 예를 들면 압축기 용량의 70% 이하의 부하에서, 써지 상태가 일어날 수 있기 전에 스톨 상태가 통상적으로 탐지되거나 제어된다. 그러나, 높은 압축기 부하에서, 예를 들면 압축기 용량의 70%이상이고 매우 높은 헤드 또는 리프트 상태에서, 프로빙 상태(308) 동안에 써지 상태가 일어날 수 있는데, 이는 원래 순간적이고 스톨 노이즈로서 탐지되지 않는다.
스톨 대기상태(304), 스톨 반응상태(306) 또는 프로빙 상태(308)에서 압축기(108)에서 써지의 탐지에 반응하여 써지 반응상태(312)에 들어간다. 압축기(108)에서의 써지를 탐지하기 위한 예시적인 기술에 대한 방법 및 부품들의 보다 상세한 설명이 미국 특허 제 6,427,464 호에 제공되어 있으며, 상기 특허는 여기에서는 참조로서 통합된다. 그러나, 어느 적당한 써지 탐지기술이 본 시스템과 함께 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 안정성 제어 알고리즘(300)은 소정의 써지 반응시간이 만료될 때까지 써지 반응상태(312)로 남아있게 된다. 바람직한 실시 예에 따르면, 소정의 써지 반응시간은 약 1초 내지 약 30초 범위가 될 수 있고 약 5초가 될 수 있다. 써지 반응상태(312)에 있어서, 가변 기하학 디퓨저(119)의 디퓨저 링(210)이 소정 써지 반응시간에 걸쳐서 폐쇄위치로 연속해서 연장되며, 이에 의해서 보다 안정한 압축기 작동 용량을 제공하기 위해서 디퓨저 공간이나 간격(204)을 감소시킨다. 써지 반응시간은 가변 기하학 디퓨저 링 메카니즘(212)의 전체 속도에 의존하여 변할 수 있으며, 액튜에이터 모터를 구동시키며, 써지 안정성을 달성하는데 필요한 원하는 VGD 링(210) 운동을 야기한다.
써지 대기상태(310)는 써지 반응상태(312)에서 압축기(108)에서 써지 상태의 보정이나 교정에 들어가게 된다. 안정성 제어 알고리즘(300)은 소정의 써지 대기시간이 만료되거나 또는 압축기(108)가 다른 써지 상태에 들어갈때까지 써지 대기상태(310)를 유지하게 된다. 바람직한 실시 예에 따르면, 소정의 써지 대기시간은 약 0.5분 내지 약 15분 범위가 될 수 있고 약 10분이 될 수 있다. 써지 대기상태(310)에 있어서, 가변 기하학 디퓨저(119)의 디퓨저 링(210)이 예전 상태가 되는 동일한 위치에 고정되거나 유지되고, 이에 의해서 디퓨저 공간(204)에 있는 개구부가 고정되거나 유지된다. 바람직한 실시 예에 있어서, 안정성 제어 알고리즘(300)은 써지 대기상태(310)에서 다른 써지 상태의 탐지에 반응하여 써지 반응상태(312)에 다시 들어간다.. 이와는 달리, 써지 대기상태(310)에서 다른 써지 상태의 탐지에 반응하여 다른 제어 알고리즘이 사용될 것이다. 써지 이벤트는 독립적으로 계수되거나 또는 압축기(108)를 언제 정지시킬지를 결정하기 위한 제어 알고리즘의 일부로서 계수될 것이다. 짧은 시간의 계속된 써지의 이벤트에 있어서, 안정성 제어 알고리즘(300)이나 다른 제어 알고리즘은 알람을 제공하거나 또는 압축기(108)에 대한 손상을 회피하기 위해서 압축기(108)의 작동중지 보호를 제공할 것이다. 한편, 안정성 제어 알고리즘(300)은 써지 대기상태(310)에서 소정의 써지 대기시간의 만료에 반응하여 프로빙 상태(308)에 들어간다.
도 4는 써지 대기시간이 만료되고, 스톨 상태가 탐지되거나 또는 압축기(108)가 다른 써지 상태로 들어갈 때까지 안정성 제어 알고리즘(300)이 써지 대기상태(310)로 유지되는 것, 그리고 압축기(108)(써지 대기상태(310), 프로빙 상태(308) 또는 스톨 대기상태(304)로부터) 에서 탐지된 스톨 상태가 보정되거나 교정될 때까지 또는 써지 상태가 압축기(108)에서 탐지될 때까지 안정성 제어 알고리즘(300)이 스톨 반응상태(306)로 유지되는 것을 제외하고는, 도 3의 상태 제어 알고리즘과 유사한 제어 알고리즘에 대한 다른 바람직한 상태를 나타낸다. 써지 대기상태(310)인 동안에 스톨 상태가 일어나면, 안정성 제어 알고리즘(300)은 써지 대기상태(310)에서 써지 대기 시간에 대한 타이머를 멈추거나 지연시키고 스톨 반응상태(306)로 들어간다.. 써지 대기상태(310)로부터 압축기(108)에서 탐지되는 스톨 상태가 보정되거나 교정될 때까지 또는 써지 상태가 압축기(108)에서 탐지될 때까지 안정성 제어 알고리즘(300)은 스톨 반응상태(306)로 유지한다. 써지 대기 상태(310)로부터 압축기(108)에서 탐지되는 스톨 상태가 보정되거나 교정되는 경우, 안정성 제어 알고리즘(300)은 써지 대기상태(310)으로 다시 들어가고, 써지 대기상태(310)에서 써지 대기시간에 대한 타이머를 다시 시작한다. 다른 바람직한 실시 예에 있어서, 안정성 제어 알고리즘(300)이 써지 대기상태(310)에 다시 들어가는 경우, 써지 대기시간에 대한 타이머는 전체 시간 동안에 써지 대기상태(310)로 유지되도록 다시 시작할 수 있다.
도 5는 증기 압축 시스템의 다른 바람직한 실시 예를 개략적으로 나타낸 도면이다. HGBP 밸브(134)가 개방되는 경우에 써지 상태의 존재에 반응하여 압축기로부터 배출된 압축 냉매가 전용되거나 재활용될 수 있도록 하기 위하여 고온가스 바이패스 라인(132)과 고온가스 바이패스(HGBP) 밸브(134)가 압축기(108)의 배출구와 예비 회전 베인들(120)의 유입구 사이에 연결되는 것을 제외하고는, 도 5에 도시된 증가 압축 시스템(200)은 도 1에 도시된 증기 압축 시스템(100)과 유사하다. HGBP 밸브(134)의 위치는 압축기(108)에 제공된 압축 냉매의 양을 조절하도록 제어된다. HGBP 밸브에 대한 바람직한 제어 방법의 설명이 미국특허 제 6,427,464 호에 제공되어 있는데, 이 특허는 여기에서는 참조로서 통합된 것이다. 그러나, 어느 적당한 HGBP 밸브와 대응하는 제어방법이 본 시스템과 함께 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
도 6은 도 5의 증기 압축 시스템에 대한 제어장치의 예시적인 상태 다이어그램을 나타낸다. 도 6에 도시된 바와 같이, 도 5의 시스템(200)에 안정성 제어를 제공하기 위한 안정성 제어 알고리즘의 실시 예에 대한 상태 다이어그램(500)은 제 7 제어상태의 추가, 고온가스 오버라이드 상태(314) 및 고온가스 오버라이드 상태(314)에 대응하는 내부연결의 추가를 제외하고는, 도 3에 도시되고 상세하게 설명된 안정성 제어 알고리즘(300)에 대한 상태 다이어그램과 유사하다.
고온가스 오버라이드 상태(314)는 써지 반응상태(312)로의 가능한 복귀 대신에 써지 대기상태(310)로 유지하는 동안에 또는 제어 알고리즘(300)의 안정화에 대해서 앞서 설명한 바와 같이 다른 써지 상태의 탐지에 반응하여 다른 제어 알고리즘을 사용하여 제 2 써지 상태를 경험하는 압축기(108)에 반응하게 된다. 안정성 제어 알고리즘(500)은 상기 시스템을 제어하는 다른 제어 알고리즘으로부터 나오는 HGBP 밸브 개방 명령어의 탐지에 반응하여 스톨 대기상태(304), 스톨 반응상태(306) 또는 프로빙 상태(308)로부터 고온가스 오버라이드 상태(314)로 들어갈 수 있다. HGPB 밸브 개방 명령은 미국특허 제 6,427,464 호에 개시된 바와 같이 발생되거나(상기 미국 특허는 여기에서는 참조로서 통합된 것이다), 다른 적당한 HGBP 밸브 제어방법을 사용하여 발생된다. HGBP 밸브(134)가 폐쇄위치로 복귀할때까지 안정성 제어 알고리즘(500)은 고온가스 오버라이드 상태(314)를 유지한다. 고온가스 오버라이드 상태(314)에 있어서, 가변 기하학 디퓨저(119)의 디퓨저 링(210)은 HGBP 밸브(134)가 개방 위치에 있을때는 언제든지 고정되고, 이에 의해서 시스템 헤드가 추후에 낮추어지고 HGBP 밸브(134)가 폐쇄되는 경우에 가변 기하학 디퓨저(119)를 유사한 써지 안정성의 위치로 유지시키기 위해서 디퓨저 공간(204)에서 개구부를 고정시킨다. 고온가스 오버라이드 상태(314)에서 HGBP 밸브(134)가 폐쇄하면, 안정성 제어 알고리즘(500)은 스톨 대기상태(304)로 들어간다.
도 7은 소정의 써지 대기시간이 만료되고 스톨 상태가 탐지되거나 압축기(108)가 다른 써지 상태에 들어갈때까지 안정성 제어 알고리즘(500)이 써지 대기상태(310)에 유지되는 것, 그리고 압축기(108)에서 탐지된 스톨 상태(써지 대기 상태(310), 프로빙 상태(308) 또는 스톨 대기상태(304))로부터)가 보정되거나 교정될 때까지 또는 써지 상태가 압축기(108)에서 탐지될 때까지 안정성 제어 알고리즘(500)이 스톨 반응상태(306)로 유지되는 것을 제외하고는, 도 6과 유사한 제어 시스템에 대한 다른 예시적인 상태 다이어그램을 나타낸다. 만일 써지 대기 상태(310) 동안에 스톨 상태가 일어나면, 안정성 제어 알고리즘(500)은 중단되거나 써지 대기 상태(310)에서 써지 대기시간에 대한 시간을 지연하고 스톨 반응상태(306)로 들어가게 된다. 안정성 제어 알고리즘(500)은 써지 대기상태(310)로부터 압축기(108)에서 탐지된 스톨 상태가 보정되거나 교정될 때까지 또는 써지 상태가 압축기(108)에서 탐지될때까지 스톨 반응상태(306)로 유지된다. 써지 대기상태(310)로부터 압축기(108)에서 탐지된 스톨 상태가 보정되거나 교정되는 경우, 안정성 제어 알고리즘(500)은 써지 대기상태(310)로 다시 들어가고, 써지 대기 상태(310)에서 써지 대기시간 동안에 타이머를 다시 시작한다. 다른 바람직한 실시 예에 있어서, 안정성 제어 알고리즘(500)이 써지 대기 상태(310)로 다시 들어가는 경우, 써지 대기 기간에 대한 타이머는 전체 시간 동안에 써지 대기상태(310)로 남도록 다시 시작할 수 있다.
바람직한 실시 예에 있어서, 모터(152)는 모터(152)의 속도를 변화시키는 가변속 드라이브(도시되지 않음)에 연결된다. 가변속 드라이브(VSD)에 의해 압축기의 속도를 변화시키는 것은 시스템을 통한 냉매 증기 유량 및 써지 상태에 대한 압축기의 안정성 모두에 악영향을 끼친다. 안정성 제어 알고리즘(300,500)이 가변속 드라이브와 관련하여 사용될 것이다. 가변속 드라이브가 사용되는 경우, 적응형 용량성 제어 로직 이용시스템 작동 매개변수들과 압축기 PRV 위치정보는 써지가 탐지되는 경우에 안정성 제어 알고리즘(300,500)이 써지 반응상태(312)에 놓이는 동안에 압축기를 빠른 속도로 작동시키도록 사용된다. 이전의 성능 매개변수들은 적응형 용량성 제어로직에 의해서 미래이 써지 상태들을 회피하도록 매핑디거나 메모리에 저장될 수 있다. 바람직한 적응형 용량 제어방법이 미합중국 특허 제 4,608,833 호에 설명되어 있으며, 상기 특허는 여기에서는 참조로서 통합된다. 그러나, 어느 적당한 적응형 용량 제어방법이 본 시스템과 함께 사용될 수 있음을 이해하게 될 것이다.
본 발명의 단지 어떤 특징과 실시 예들이 도시되고 설명되었지만, 특허청구범위에 기재된 주제의 새로운 기술들과 장점들로부터 벗어남이 없이 많은 변경과 수정들(예를 들어, 크기, 치수, 구조, 형상 및 여러 요소들의 비율, 매개변수들(예를 들어 온도, 압력 등)의 값, 장착 배열들, 재료, 색, 배향들의 사용 등에서의 변화)이 이루어질 수 있음을 해당 기술분야의 숙련된 당업자에게는 자명하다. 소정 공정이나 방법 단계들의 순서나 절차는 대안적인 실시 예들에 따라서 변하거나 또는 그 순서가 바뀔 수 있다. 그러므로, 첨부된 특허청구 범위는 본 발명의 진실한 영역 내에 있는 모든 그러한 변경 및 수정들을 모두 포괄하도록 의도된 것이다. 또한, 바람직한 실시 예들의 간결한 설명을 제공하기 위한 노력으로서, 실제적 실행의 모든 특징들이 설명되지는 않았다(예를 들어, 이것들은 본 발명을 수행하는 현재 고려된 최선의 모드와 관련이 없거나 또는 청구된 발명을 가능하게 하는 것과 관련이 없음). 그러한 실제적인 실행의 개발에 있어서 소정 엔지니어링이나 디자인 프로젝트에서와 같이, 다수의 실행상의 특정 결정들이 이루어졌다. 그러한 개발 노력은 복잡하고 시간 소모가 많으나, 그럼에도 불구하고 본 명세서의 이익을 향유하는 해당 기술분야의 숙련된 당업자에게는 과도한 실험 없이 설계, 조립 및 제조의 일상적인 일이 될 것이다.

Claims (16)

  1. 압축기의 안정한 작동을 유지하기 위한 제어 시스템으로서,
    상기 압축기에서 스톨(stall) 상태나 써지(surge) 상태 중 하나를 탐지하는 것에 반응하여 상기 압축기의 디퓨저의 유동통로를 폐쇄하도록 구성된 적어도 하나의 제 1 제어 상태; 및
    스톨 상태나 써지 상태의 부재를 결정하는 것에 반응하여 상기 압축기의 디퓨저의 유동통로를 개방시키도록 구성된 제 2 제어 상태;를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 제 1 제어 상태는,
    스톨 상태를 탐지하는 것에 반응하여 시작되는 스톨 반응상태; 및
    써지 상태를 탐지하는 것에 반응하여 시작되는 써지 반응상태;를 포함하며,
    상기 써지 반응상태에서 상기 써지 상태가 보정되는 것에 반응하여 상기 디퓨저의 유동통로의 치수를 유지하도록 구성된 써지 대기상태를 더 포함하고,
    상기 스톨 반응상태는 상기 써지 대기상태에서 일어나는 스톨 상태에 반응하여 개시되고, 상기 써지 대기상태는 상기 스톨 상태가 상기 스톨 반응상태에서 보정되는 것에 반응하여 개시되는 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 써지 반응상태는 소정의 써지반응 시간동안에 상기 디퓨저의 유동통로를 연속적으로 폐쇄시키도록 구성되고, 상기 스톨 반응상태는 탐지된 스톨 상태가 보정되거나 또는 써지 상태가 탐지될때까지 상기 디퓨저의 유동통로를 연속적으로 폐쇄시키도록 구성되는 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 써지 대기상태는 소정의 써지 대기시간이 만료되고 써지 상태가 일어나거나 스톨 상태가 일어날 때까지 상기 디퓨저의 상기 유동통로의 치수를 유지하도록 구성되는 제어 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 써지 대기상태에서 써지 상태의 발생에 반응하여 상기 디퓨저의 유동통로의 치수를 유지하도록 구성된 고온가스 오버라이드(override) 상태를 더 포함하는 제어 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 스톨 반응상태에서 스톨 상태가 보정되는 것 또는 압축기의 시동중 하나에 반응하여 상기 디퓨저의 유동통로의 치수를 유지하도록 구성된 스톨 대기상태를 더 포함하는 제어 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 스톨 대기상태는 소정의 스톨 대기 기간이 만료되거나, 예비회전 베인들이 소정의 임계량 이상으로 조정되거나, 스톨 상태가 일어나거나 또는 써지 상태가 일어나는 것들 중 하나가 야기될 때까지 상기 디퓨저의 상기 유동 통로의 위치를 유지하도록 구성되는 제어 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 제어 상태는 스톨 상태가 탐지되거나 써지 상태가 탐지될 때까지 상기 디퓨저의 상기 유동 통로를 점진적으로 개방시키도록 구성된 프로빙(probing) 상태를 포함하는 제어 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 압축기를 시동하기 전에 상기 디퓨저의 상기 유동 통로를 완전히 개방시키도록 구성된 시동 상태를 더 포함하는 제어 시스템.
  9. 원심성 압축기에서 안정성 제어를 제공하기 위한 방법으로서,
    상기 원심성 압축기의 작동과정 동안에 써지 상태를 반복적으로 탐지하는 단계;
    상기 원심성 압축기의 작동과정 동안에 스톨 상태를 반복적으로 탐지하는 단계;
    상기 원심성 압축기에서 써지 상태를 탐지하는 것에 반응하여 써지 반응상태가 시작되며, 상기 원심성 압축기에서 상기 스톨 상태를 탐지하는 것에 반응하여 스톨 반응상태가 시작되는바, 상기 스톨 반응상태 또는 상기 써지 반응상태에 반응하여 상기 원심성 압축기의 디퓨저의 유동 통로를 폐쇄하는 단계;
    상기 써지 상태가 보정되는 것에 반응하여 써지 대기상태를 개시하고, 상기 써지 대기상태가 개시되는 것에 반응하여 상기 디퓨저의 유동통로의 치수를 유지하는 단계;
    상기 스톨 반응상태는 상기 써지 대기상태에서 일어나는 스톨 상태에 반응하여 개시되고, 상기 써지 대기상태는 상기 스톨 상태가 상기 스톨 반응상태에서 보정되는 것에 반응하여 개시되는 단계; 및
    상기 원심성 압축기에서 써지 상태나 스톨 상태의 부재를 탐지하는 것에 반응하여 상기 원심성 압축기의 디퓨저의 유동 통로를 개방시키는 단계;를 포함하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 디퓨저의 상기 유동통로를 개방시키는 단계는, 스톨 상태가 탐지되거나 써지 상태가 탐지되는 것 중 하나가 될 때까지 상기 원심성 압축기의 상기 디퓨저의 상기 유동통로를 점진적으로 개방시키는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 디퓨저의 유동통로의 치수를 유지하는 단계는, 소정의 써지 대기시간이 만료되거나 써지 상태가 탐지되거나 스톨 상태가 탐지될 때까지 상기 디퓨저의 상기 유동통로의 치수를 유지하는 단계를 더 포함하는 방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 원심성 압축기가 작동을 멈추는 것에 반응하여 상기 디퓨저의 상기 유동통로를 완전히 개방시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  13. 제 9 항에 있어서, 소정의 스톨 대기시간이 만료되거나, 예비회전 베인들이 소정의 임계량 보다 많이 이동하거나, 스톨 상태가 탐지되거나 써지 상태가 탐지되는 것들 중 하나가 일어날 때까지, 원심성 압축기의 스톨 상태나 시동의 보정중 하나에 반응하여 상기 디퓨저의 상기 유동통로의 위치를 유지하는 단계를 더 포함하는 방법.
  14. 증기 압축 시스템으로서,
    폐루프로 연결된 압축기, 제 1 열교환기 및 제 2 열교환기;
    상기 압축기는
    압축되지 않은 증기를 수용하기 위한 유입구;
    압축된 증기를 배출하기 위한 배출구; 및
    상기 배출구 근처에 배치된 디퓨저 - 상기 디퓨저는 압축된 증기가 상기 배출구 쪽으로 유동할 수 있게 허용하도록 구성된 통로 및 상기 통로를 통한 압축된 증기의 유동을 제어하도록 상기 통로의 치수를 변화시키기 위해서 상기 통로에 조정가능하게 위치된 링을 구비함-;를 포함하고,
    상기 압축기에서 스톨 상태와 써지 상태의 존재 또는 상기 압축기에서 스톨 상태와 써지 상태의 부재중 하나에 반응하여, 상기 통로에서 상기 링의 위치를 조정하기 위한 제어 시스템;
    상기 스톨 상태의 존재에 반응하여 스톨 반응상태가 개시되고, 상기 제어 시스템은 상기 써지 상태의 존재에 반응하여 써지 반응상태가 개시되며, 상기 써지 상태 또는 스톨 상태의 존재에 반응하여 상기 통로 내로 상기 링을 연장하는 제어 시스템;
    상기 써지 반응상태에서 써지 상태가 보정되는 것에 반응하여 써지 대기상태를 개시되고, 상기 써지 반응상태에서 써지 상태가 보정되는 것에 반응하여 상기 통로의 상기 링을 유지하도록 구성된 제어 시스템; 및
    상기 써지 대기상태에서 발생되는 스톨 상태에 반응하여 상기 스톨 반응상태를 개시하고, 상기 스톨 반응상태에서 스톨 상태가 보정되는 것에 반응하여 상기 써지 대기상태로 되돌아가는 제어 시스템;을 포함하는 증기 압축 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제어 시스템은 써지 상태의 탐지에 반응하여 소정의 써지 반응시간 동안에 상기 링을 상기 통로 내로 연속적으로 연장시키고, 탐지된 스톨 상태가 보정되거나 써지 상태가 탐지될 때까지, 스톨 조건의 탐지에 반응하여 상기 링을 상기 통로 내로 연속적으로 연장시키는 증기 압축 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 배출구와 상기 유입구 사이에 연결된 고온가스 바이패스 밸브를 더 포함하며, 상기 고온 가스 바이패스 밸브는 압축된 냉매 증기의 일부가 상기 배출구로부터 상기 유입구로 유동할 수 있게 허용하도록 구성되고, 상기 제어 시스템은 상기 고온가스 바이패스 밸브가 개방되는 것에 반응하여 상기 링을 상기 통로에서 일정 위치에 유지시키는 증기 압축 시스템.


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Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102575685B (zh) * 2009-10-21 2015-08-12 开利公司 用于改进性能的离心压缩机部分负载控制算法
GB2468571B (en) * 2010-03-01 2011-01-26 Flakt Woods Ltd A method of detecting and controlling stall in an axial fan
JP2012052733A (ja) * 2010-09-01 2012-03-15 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ターボ冷凍機の性能評価装置
US9217592B2 (en) * 2010-11-17 2015-12-22 Johnson Controls Technology Company Method and apparatus for variable refrigerant chiller operation
WO2013081840A1 (en) * 2011-12-01 2013-06-06 Carrier Corporation Surge prevention during startup of a chiller compressor
KR101630178B1 (ko) * 2012-04-30 2016-06-14 존슨 컨트롤스 테크놀러지 컴퍼니 제어장치
US10371158B2 (en) 2012-08-17 2019-08-06 Dresser-Rand Company System and method for detecting stall or surge in radial compressors
CN102840182B (zh) * 2012-09-10 2016-03-09 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 火电厂轴流风机低负荷防振方法及旁路风道控制回路
EP3171035A1 (en) 2012-11-09 2017-05-24 Johnson Controls Technology Company Variable geometry diffuser having extended travel
CN104421209B (zh) * 2013-08-26 2017-02-08 珠海格力电器股份有限公司 调节器结构及离心式压缩机
CN105473956B (zh) * 2013-08-27 2018-07-31 丹佛斯公司 一种包括流控制器和电磁致动器的压缩机
CN104653476B (zh) 2013-11-18 2017-11-14 珠海格力电器股份有限公司 离心式压缩机及离心式冷水机组
JP5733455B2 (ja) * 2014-06-20 2015-06-10 株式会社Ihi ターボ圧縮機のディフューザリングの設計方法
US20160132027A1 (en) * 2014-11-11 2016-05-12 Johnson Controls Technology Company Dither switching extremum seeking control
TWI544151B (zh) 2015-11-12 2016-08-01 財團法人工業技術研究院 結合進氣導葉的內流道氣體旁通裝置
CN105571181B (zh) * 2016-01-12 2017-11-28 珠海格力电器股份有限公司 一种变频离心式冷水机组及其控制调节方法
DE102017205500A1 (de) * 2017-03-31 2018-10-04 BSH Hausgeräte GmbH Haushaltsgerät und Verfahren zum schwingungs- und/oder geräuschreduzierten Betreiben eines Haushaltgerätes
CN115573938A (zh) * 2017-09-25 2023-01-06 江森自控泰科知识产权控股有限责任合伙公司 紧凑可变几何形状的扩散器机构
CN109356886A (zh) * 2018-12-17 2019-02-19 珠海格力电器股份有限公司 离心式压缩机及扩压器装置
US11143193B2 (en) * 2019-01-02 2021-10-12 Danfoss A/S Unloading device for HVAC compressor with mixed and radial compression stages
EP3969758B1 (en) 2019-05-14 2025-07-02 Carrier Corporation Method and system for compressor operating range extension via active valve control
CN112983846B (zh) 2019-12-02 2025-08-26 开利公司 离心压缩机和运行离心压缩机的方法
WO2021174097A1 (en) * 2020-02-27 2021-09-02 Johnson Controls Technology Company System and method for operation of variable geometry diffuser as check valve
US11536277B2 (en) 2020-04-30 2022-12-27 Trane International Inc. Interstage capacity control valve with side stream flow distribution and flow regulation for multi-stage centrifugal compressors
US11391289B2 (en) 2020-04-30 2022-07-19 Trane International Inc. Interstage capacity control valve with side stream flow distribution and flow regulation for multi-stage centrifugal compressors
US11841026B2 (en) 2021-11-03 2023-12-12 Trane International Inc. Compressor interstage throttle, and method of operating therof
IT202200025341A1 (it) * 2022-12-12 2024-06-12 Nuovo Pignone Tecnologie Srl Sistema di compressione e metodi di controllo del sistema di compressione
CN116771712B (zh) * 2023-08-23 2023-10-24 中粮生化(成都)有限公司 离心压缩机防喘开车系统及方法

Family Cites Families (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3128852A (en) 1964-04-14 Prefabricated building wall construction
US3362624A (en) 1966-09-06 1968-01-09 Carrier Corp Centrifugal gas compressor
US3392655A (en) 1967-01-03 1968-07-16 John E. Chambers Air handling unit for industrial plants
US4212585A (en) 1978-01-20 1980-07-15 Northern Research And Engineering Corporation Centrifugal compressor
US4248055A (en) 1979-01-15 1981-02-03 Borg-Warner Corporation Hot gas bypass control for centrifugal liquid chillers
US4900232A (en) 1983-10-07 1990-02-13 The Babcock & Wilcox Company Compressor surge control method
US4503684A (en) 1983-12-19 1985-03-12 Carrier Corporation Control apparatus for centrifugal compressor
US4697980A (en) 1984-08-20 1987-10-06 The Babcock & Wilcox Company Adaptive gain compressor surge control system
US4608833A (en) 1984-12-24 1986-09-02 Borg-Warner Corporation Self-optimizing, capacity control system for inverter-driven centrifugal compressor based water chillers
US4611969A (en) 1985-08-19 1986-09-16 Carrier Corporation Calibrating apparatus and method for a movable diffuser wall in a centrifugal compressor
US5082421A (en) 1986-04-28 1992-01-21 Rolls-Royce Plc Active control of unsteady motion phenomena in turbomachinery
US5042245A (en) 1989-02-27 1991-08-27 United Technologies Corporation Method and system for controlling variable compressor geometry
US5199856A (en) 1989-03-01 1993-04-06 Massachusetts Institute Of Technology Passive structural and aerodynamic control of compressor surge
US5146764A (en) 1990-07-25 1992-09-15 York International Corporation System and method for controlling a variable geometry diffuser to minimize noise
US5190440A (en) 1991-03-11 1993-03-02 Dresser-Rand Company Swirl control labyrinth seal
JPH05157095A (ja) 1991-12-04 1993-06-22 Hitachi Ltd 遠心圧縮機の容量制御装置
US5437539A (en) 1992-07-22 1995-08-01 Massachusetts Institute Of Technology Apparatus for the dynamic control of rotating stall and surge in turbo machines and the like
DE69325375T2 (de) 1992-08-10 1999-10-21 Dow Deutschland Inc. Verfahren zur überwachung und steuerung eines verdichters und vorrichtung hierfür.
EP0839285B1 (en) 1994-12-14 2001-07-18 United Technologies Corporation Compressor stall and surge control using airflow asymmetry measruement
US5658125A (en) 1995-02-28 1997-08-19 Allison Engine Company, Inc. Magnetic bearings as actuation for active compressor stability control
US5730580A (en) 1995-03-24 1998-03-24 Concepts Eti, Inc. Turbomachines having rogue vanes
CA2184882A1 (en) 1995-09-08 1997-03-09 Hideomi Harada Turbomachinery with variable-angle flow guiding vanes
US6203275B1 (en) 1996-03-06 2001-03-20 Hitachi, Ltd Centrifugal compressor and diffuser for centrifugal compressor
TW402666B (en) 1997-08-06 2000-08-21 Carrier Corp Drive positioning mechanism, centrifugal compressor, and backlash adjustment mechanism
US6139262A (en) 1998-05-08 2000-10-31 York International Corporation Variable geometry diffuser
US6036432A (en) 1998-07-09 2000-03-14 Carrier Corporation Method and apparatus for protecting centrifugal compressors from rotating stall vibrations
US6129511A (en) 1998-10-27 2000-10-10 Carrier Corporation Method and apparatus for controlling interaction between variable guide vanes and variable diffuser of a centrifugal compressor
US6231301B1 (en) 1998-12-10 2001-05-15 United Technologies Corporation Casing treatment for a fluid compressor
US6202431B1 (en) 1999-01-15 2001-03-20 York International Corporation Adaptive hot gas bypass control for centrifugal chillers
FR2804732B1 (fr) 2000-02-03 2002-04-12 Snecma Procede de detection precoce des instabilites aerodynamiques dans un compresseur de turbomachine
US6489085B2 (en) 2000-12-20 2002-12-03 United Microelectronics Corp. Thermal reflow photolithographic process
KR100390862B1 (ko) 2001-01-17 2003-07-10 한국과학기술연구원 터보압축기 불안정성 감지장치
US6506010B1 (en) 2001-04-17 2003-01-14 General Electric Company Method and apparatus for compressor control and operation in industrial gas turbines using stall precursors
US6532433B2 (en) 2001-04-17 2003-03-11 General Electric Company Method and apparatus for continuous prediction, monitoring and control of compressor health via detection of precursors to rotating stall and surge
DE60336827D1 (de) 2002-08-23 2011-06-01 York Int Corp System und verfahren zur erfassung einer umlaufenden str mungsabl sung in einem zentrifugalverdichter
US6872050B2 (en) * 2002-12-06 2005-03-29 York International Corporation Variable geometry diffuser mechanism
US7356999B2 (en) * 2003-10-10 2008-04-15 York International Corporation System and method for stability control in a centrifugal compressor
WO2006017365A2 (en) 2004-07-13 2006-02-16 Carrier Corporation Improving centrifugal compressor performance by optimizing diffuser surge control and flow control device settings
WO2009079421A2 (en) 2007-12-14 2009-06-25 Carrier Corporation Control device for hvac systems with inlet and outlet flow control devices

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