TWI297070B - System and method for stability control in a centrifugal compressor - Google Patents
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Description
1297070 九、發明說明: C發明所屬之技術領域】 本發明大致係有關於一種離心壓縮機之穩定性控制的 控制系統與方法。詳言之,本發明係有關於因應壓縮機之 5 不穩定狀況控制一離心壓縮機之可變幾何擴散器機制的系 統與方法。 C先前技術3 發明背景 離心壓縮機在其操作期間可能遭遇不穩定狀況如湧振 10 或失速。湧振為離心壓縮機在輕負載及高壓力比下操作時 可能產生之不穩定狀況。湧振是一種在壓力及流方面具有 震盪之瞬間現象,在某些情況下,亦指壓縮機之完全回流 的發生。湧振若不加以控制,可能在壓縮機之旋轉及靜止 零件中產生過度的震動,且可能導致永久性的壓縮機損 15 害。矯正或補救湧振狀況之技術可以包括開啟一熱氣旁通 閥以使該壓縮機之部分放電氣體返回壓縮機入口俾在該壓 縮機入口處使流增加。 離心壓縮機之旋轉失速可能發生於該壓縮機之旋轉推 動器中或位於該推動器下游之該壓縮機的靜止擴散器中。 2〇在這兩種情況下,旋轉失速之出現可能負面影響該壓縮機 以及/或者系統之效能。具有無葉片輻射擴散器之混流離心 壓縮機可能在其期望操作範圍之部分範圍,或在某些情況 下’其期望操作範圍之全部範圍中經歷旋轉失速。基本上, 擴散器之旋轉失速係由於該擴散器之設計無法在不使某些 1297070 流在該擴散器之通道中被迫分離下包容所有流。擴散器之 旋轉失速會導致低頻聲音能量或脈動之產生。這验脈動在 氣/爪通道中可成具有高強度,且可能導致該壓縮機、其控 制裝置,或其他相關部分/系統之提前失誤。橋正或補救離 5心壓縮機之失速狀況的技術可 以包括關閉可變幾何擴散器 中之擴散器空間。關閉該擴散器空間亦可加強壓縮機之抵 抗湧振狀況的能力。然而,該擴散器之缺口的過度關閉可 能降低該壓縮機之流動率或容積。 因此,我們需要的是一種在一離心壓縮機中協調一可 10變幾何擴散器(以及一選配熱氣旁通閥,有使用的話)中之控 制的系統與方法,以強化該壓縮機之抵抗失速以及/或者渴 振狀況的能力並提供該離心壓縮機之穩定操作。 【明内3 發明概要 15 本發明之一實施例係有關於一種具有一用以壓縮一冷 凍蒸氣之離心壓縮機的液體冷卻系統。該離心壓縮機具有 一壓縮機入口以接收未經壓縮之冷凍蒸氣,以及~壓縮機 出口以排放經壓縮之冷凍蒸氣。在内部,該壓縮機具有_ 擴散器,該擴散器具有一可調整擴散器環以改變該經壓縮 20冷凍蒸氣之穿過該擴散器的流勳通道。該液體冷郤系統亦 包括一連接於該壓縮機出口及入口之間的選配熱氣旁通 閥。該選配熱氣旁通閥被組態以允許部分該經壓縮冷涞蒸 氣從該壓縮機出口流至該壓縮機入口 ’以維持該壓縮機之 最小冷凍蒸氣流動率。該液體冷卻系統進一步包括一穩定 6 1297070 性控制系統以控制該擴散器及該選配熱氣奢通閥,俾維持 ”亥離〜壓縮機之穩定操作。該穩定性控制系統具有一失速 反應系統以回應該離心壓縮機中所檢測出之失速狀況控制 該擴散器環、一湧振反應系統以回應該離心壓縮機中所檢 5測出之湧振狀況控制該擴散器環、一熱氣撤銷系統以回應 該離心壓縮機中所檢測出之第二湧振狀況控制該選配熱氣 旁通閥,以及一探測系統以控制該擴散器環俾為該擴散器 環取得一最佳位置。 本發明之另一實施例係有關於一種液體冷卻系統,該 10液體冷卻系統具有一壓縮機、一冷凝器,以及一蒸發器, 其在一密閉式冷凍電路中連接。該壓縮機具有一壓縮機入 口’以從該冷卻系統接收未經壓縮之冷凍蒸氣、一壓縮機 出口’以將經壓縮之冷凍蒸氣排放至該冷卻系統,以及一 位於該壓縮機出口附近之擴散器。該擴散器具有一擴散器 15空間以允許該經壓縮冷柬蒸氣流至該壓縮機出口,以及一 可在該擴散器空間中調整位置之擴散器環以改變該擴散器 空間之尺寸俾控制該經壓縮冷凍蒸氣在該擴散器空間中的 流動。該冷卻系統亦包括一穩定性控制系統,以根據該壓 縮機中所檢測出之失速狀況與湧振狀況,控制該擴散 20在該擴散器空間中之位置,俾維持該壓縮機之穩定操作。 本發明之又一實施例係有關於一種用以維持離心壓縮 機之穩定操作的穩定性控制系統,該離心壓縮機具有—壓 縮機入口、一壓縮機出口,以及一具有一可調整流動通道 之可變幾何擴散器。該穩定性控制系統具有一失速反應系 1297070 統以回應該離心壓縮機中所檢測出之失速狀況調整一可變 幾何擴散器之流動通道,以及一湧振反應系統以回應該離 心壓縮機中所檢測出之湧振狀況調整一可變幾何擴散器之 流動通道。 5 本發明之另一實施例係有關於一種在一具有含可調整 流動通道之可變幾何擴散器的離心壓縮機中提供穩定性控 制之方法。該方法包括下列步驟:在一離心壓縮機之操作 中反複檢測該離心壓縮機中之湧振狀況;在一離心壓縮機 之操作中反複檢測該離心壓縮機中之失速狀況;根據一離 10 心壓縮機中所檢測出之湧振狀況連續關閉一可變幾何擴散 器之流動通道達一預設之湧振反應時間;以及根據一離心 壓縮機中所檢測出之失速狀況連續關閉一可變幾何擴散器 之流動通道直到被檢測之失速狀況被矯正或一湧振狀況被 檢測出來為止。 15 本發明之優點之一為,離心壓縮機可以獲得控制以有 效率地反應湧振狀況及失速狀況之出現。 本發明之另一優點為,熱氣旁通閥之使用,有的話, 可以減少以提供更高的能量效率。 本發明之其他特徵及優點將從以下參考隨附圖示做成 20 之較佳實施例的詳細說明不言自明,該等圖示以舉例方式 例示本發明之原理。 圖式簡單說明 第1圖概略顯示本發明之冷凍系統; 第2圖例示本發明使用之離心壓縮機及擴散器的部分 1297070 斷面圖; 第3圖例示使用於第1圖中該冷凍系統之本發明控制系 統與方法的狀態圖; 第4圖概略顯示本發明之該冷凍系統的替代實施例;以 5 及 第5圖例示使用於第4圖中該冷凍系統之本發明控制系 統與方法的狀態圖。 在適用情形下,相同的參閱數字將使用於所有圖示以 代表相同或類似的零件。 10【實施方式】 較佳實施例之詳細說明 本發明可應用之一般系統以範例方式例示於第1圖 中。如圖所示,HVAC冷凍或液體冷卻系統100包括一壓縮 機108、一冷凝器丨12、一水冷卻器或蒸發器126,以及一控 15制面板140。該控制面板140可包括一類比數位(A/D)轉換 器148、一微處理器150、一非揮發性記憶體144,以及一介 面板146。該控制面板14〇之操作將於下文詳述。該傳統液 體冷卻系統100包括許多第丨圖中未予顯示之其他特徵。這 些特徵被刻意省略以簡化圖示俾方便例示。 20 該壓縮機108壓縮一冷凍蒸氣並透過一排放線將該蒸 氣輸送至該冷凝器112。該壓縮機108最好是離心壓縮機。 為驅動該壓縮機108,該系統100包括一供該壓縮機1〇8使用 之馬達或驅動機制152。雖然“馬達,,一詞在此意指供該壓縮 機108使用之驅動機制,應理解的是,“馬達,,一詞並不限於 1297070 何可以用以驅動該馬達152之零件,如變 速驅動及馬達啟動裝 衣置。在本發明之一較佳實施例中,該 馬達或驅動機制15:)炎 —電動馬達及其相關零件。然而,其 、驅動機制如蒸汽或氣體渦輪或引擎及其相關零件亦可用 以驅動該壓縮機1〇8。 _為壓縮機1G 8輪送至該冷凝器112之冷;東蒸氣與-流 胃如空氣或水,建立一熱交換關係,並由於其與該流體 所建立之熱交換關係而產生一相變進而成為一冷凍液體。 來自該冷凝器112之濃縮液體冷凍劑流經一擴散裝置(圖中 未不)抵達一蒸發器126。在一較佳實施例中,該冷凝器112 中之該冷凍蒸氣與水建立一熱交換關係,並流經一連接至 —冷卻水塔122之熱交換器線圈116。該冷凝器112中之該冷 /東蒸氣由於其與該熱交換器線圈116中之該水所建立的熱 父換關係而產生一相變,進而成為一冷凍液體。 15 該蒸發器126宜包括一熱交換器線圈128,該熱交換器 線圈128具有連接至一冷卻負載130之一供應線128S及一折 回線128R。該熱交換器線圈128可在該蒸發器126中包括複 數個管束。一第二液體,最好是水,但也可以是任何其他 適當的第二液體如乙烯、氯化鈣鹽水或氣化鈉鹽水,透過 2〇 該折回線128R進入該蒸發器126並透過該供應線128S退出 該蒸發器126。該蒸發器126中之液體冷凍劑與該熱交換器 線圈128中之該第二液體建立一熱交換關係,以冷卻該熱交 換器線圈128中之該第二液體的溫度。該蒸發器126中之該 冷凍液體由於其與該熱交換器線圈128中之該第二液體所 10 1297070 建立之熱交換關係而產生一相變進而成為一冷凍蒸氣。該 蒸發器126中之蒸氣冷凍劑退出該蒸發器126並循一吸入線 折回該壓縮機108以完成循環。雖然該系統100以該冷凝器 112及該蒸發器126之較佳實施例做成說明,應予理解的 5 是,該冷凝器112及該蒸發器126之任何適當的組態皆可使 用於該系統100,只要該冷凝器112及該蒸發器126中之冷凍 劑可以取得適當的相變即可。 在該蒸發器126至該壓縮機1〇8之輸入端或入口處,設 有一或多個預旋轉葉片(PRV)或入口導引葉片120,該葉片 10控制該冷凍劑至該壓縮機108之流動。一致動器被用以開啟 該預旋轉葉片12〇以增加該冷凍劑至該壓縮機1〇8之流量, 進而增加該系統1〇〇之冷卻能力。同樣地,該致動器被用以 關閉該預旋轉葉片120以減少該冷凍劑至該壓縮機1〇8之流 量,進而減少該系統1〇〇之冷卻能力。 15 第2圖例示本發明一較佳實施例之壓縮機108的部分斷 面圖。該壓縮機108包括一推動器2〇2以壓縮該冷凍蒸氣。 然後經壓縮之蒸氣穿過-擴散ϋ 119。該擴散H 119最好是 "、有可變成何之無葉片輻射擴散器。該可變幾何擴散器 (VGD)U9具有一形成於一擴散器板2〇6及一噴嘴基板 之間的擴散ϋ空間204以供該冷来蒸氣通過。該喷嘴基板 細被_以和一擴散器環训―起使用。該擴散器環趟被 ^控制_該擴㈣”或通道搬之該冷;東蒸氣的速 擴散器環21G可以延伸至該擴散器通道202,以增加 忒通道之該蒸氣的速率,而且可以從該擴散器通道搬 1297070 縮回以降低流經該通道之該蒸氣的速率。該擴散器環2i〇可 以一由電動馬達驅動之調整機制212完成延伸及縮回動 作,以提供該擴散器119之該可變幾何。該可變幾何擴散器 119之操作與零件的詳細說明揭示於2〇〇2年12月6日提申之 5美國專利申請案第1 〇 / 313,3 64號,該專利申請案在此以參照 方式併入本說明書。然而’應理解的是,任何適當的VGD 119皆適用於本發明。 該控制面板140具有一 A/D轉換器148以從該系統100接 收顯示該系統100之效能的輸入訊號。舉例來說,該控制面 10 板140所接收之輸入訊號可包括該預旋轉葉片120之位置、 從該蒸發器126離開之冷卻液體的溫度、該蒸發器126及該 冷凝器112之壓力,以及該壓縮機排出通道中之聽覺或聲音 壓力的篁測值。該控制面板140亦具有一介面板146以將訊 號傳輸至該系統100之零件以控制該系統100之操作。舉例 15來說,該控制面板14〇可傳輸訊號以控制該預旋轉葉片120 之位置、控制一選配熱氣旁通閥134(見第4圖)之位置,有的 話,並控制該擴散器環210在該可變幾何擴散器119中之位 置。該控制面板140亦可包括許多第丨圖未予顯示之其他特 徵及零件。這些特徵及零件被刻意省略以簡化該控制面板 2〇 140俾方便例示。 該控制面板140使用一控制演算法以控制該系統1〇〇之 操作並決定何時應回應特定壓縮機狀況在該可變幾何擴散 器119中延伸及縮回該擴散器環21〇,以維持系統及壓縮機 之穩疋性。此外,該控制面板14〇可使用該控制演算法以回 12 1297070 應特定壓縮機狀況開啟及關閉該選配熱氣旁通闕m(見第 4及5圖),有的話,以維持系統及壓縮機之穩定性。在一實 施例中,該控制演算法可為儲存於該非揮發性記憶體144中 =具有-系列可由該微處理器15()執行之指令的電腦程 5式。雖然該控制演算法最好以電腦程式實施且可由該微處 理器150執行,應理解的是,熟悉此項技藝之人士可以數位 以及/或者類比硬體實作及執行該控制演算法。如果使用硬 體來執行該控制演算法,則該控制面板14〇之對應組態可以 改變以增加必要的零件並移除任何可能並不需要的零件, 10 如該A/D轉換器148。 、苐3及5圖為本發明用以維持壓縮機及系統穩定性之穩
定性控制演算法的狀態圖。該穩定性控制演算法可以是I 該糸統之其他控制演算法,如操作控制演算法分開執行之 個別程式,又或該穩定性控制演算法可以併入該系統之复 15他控制演算法。如第3圖所示,本發明之-該穩定性控制演 异法實施例的狀態圖_具有6個主要控制系統以為第纗 之該系統綱提供穩定性控制。該主要控制系統包括-啟動 /關機系統搬;—失速等待系統綱;-失速反應系統306 ; 一_系統U振等待系統310;以及一雜 20 統 312。 該啟動/關機系統3 〇 2為該系統刚操作期間該穩定性 控制演算法300中之第_以及最後的控制系統。從非主動系 統起動或初始化該系統刚時,該穩定性控制演算法細會 進入該啟動/關機系統3〇2。同樣地,當該系統議欲停止或 13 1297070 關機時,該啟動/關機系統302會從該穩定性控制演算法3〇〇 中之其他任-控㈣統被執行以回應控制該系統⑽或該 穩定性控制演算法300之另一控制演算㈣關機指令。該穩 定性控制演算法300維持於該啟動/關機系統3〇2,直到該壓 5縮機108被啟動。在該啟動/關機系統302下,該可變幾何擴 散器119之该擴散器環21〇被移動至一完全敞開或縮回之位 置以完全開啟該擴散器空間2〇4。 該失速等待系統3 04從該壓縮機丨〇 8被啟動以後開始執 行。此外,該失速等待系統3〇4可以在該失速反應系統3〇6 10中之失速狀況被矯正後開始執行。該穩定性控制演算法3〇〇 維持於該失速等待系統304下,直到下列狀況之一發生時: 一預設失速等待期間屆滿;一湧振狀況被偵測出來;一失 速狀況被偵測出來;或者該預旋轉葉片120被移動超過一預 設PRV偏移量。該預旋轉葉片120之移動可為壓縮機狀況(如 15 流及/或頭)改變且可能需要調整該可變幾何擴散器119之指 標。在本發明之一實施例中,預設之失速等待期間可在大 約0.5分鐘至15分鐘之間,最好為10分鐘,該預設PRV偏移 量可為該預旋轉葉片之動作範圍的大約〇%至5%,最好為 3%。在該失速等待系統304下,該可變幾何擴散器119之該 20 擴散器環210被保持或維持於該可變幾何擴散器119之該擴 散器環210在前一系統下所處的相同位置上以進而將該開 口支撐或維持於該擴散器空間204中。 該失速反應系統306係反應該壓縮機108於該失速等待 系統304或該偵測系統308下所偵測出之失速狀況而開始執 1297070 行。在該壓縮機108中偵測失速之技術過程與零件的詳細說 明揭示於2003年8月14日提申之美國專利申請案第 10/641,277號,該專利申請案在此以參照方式併入本說明 書。然而,應予理解的是,任何適當的失速偵測技術皆可 5使用於本發明。該穩定性控制演算法3〇〇維持於該失速反應 系統306,直到該壓縮機丨〇8中偵側出之該失速狀況被矯正 或補救,或該壓縮機1〇8中被偵側出一湧振狀況為止。在本 發明之一實施例中,該失速狀況在一對應失速感應電壓低 於一預設失速最小臨界電壓時,被視為已矯正或補救,該 10 預設失速最小臨界電壓可在大約0.4V至0.8V之間,最好是 大約0_6V。在該失速反應系統306下,該可變幾何擴散器119 之該擴散器環210被連續延伸至一關閉位置以進而關閉該 擴散器空間204中之該開口,直到該壓縮機1〇8中偵側出之 該失速狀況被矯正或補救為止。一旦該失速反應系統3〇6下 15 之該失速狀況被橋正或補救後,該穩定性控制演算法300會 返回該失速等待系統304。 該偵測系統308係反應該預設失速等待期間屆滿或該 預旋轉葉片120在該失速等待系統3〇4下超出該預設prv偏 移量之移動而開始執行。此外,該偵測系統3〇8可以在該湧 2〇振等待系統Mo下之預設湧振等待期間屆滿之後開始執 行。該穩定性控制演算法300維持於該偵測系統3〇8,直到 该壓縮機108中被偵側出一失速狀況或湧振狀況為止。在本 發明之一實施例中,該失速狀況係依據一對應失速感應電 壓咼於一預設失速最大臨界電壓進行偵測,該預設失速最 15 1297070 大臨界電壓可在大約〇.6VK2v之間,最好是大約〇 8v。 在該谓測系統308下,該可變幾何擴散器119之該擴散器環 21 〇被開啟或縮回以進而增加該擴散器空間綱中之該開 口,直到該壓縮機108中被债側出—诱振狀況或失速狀況為 5止。在本發明之-實施例中,該可變幾何擴散器ιΐ9之該擴 散器環训祕_叙增力σ4或等則請啟或縮回 ,該脈 衝具有-預設脈衝間距,該間距可在大約〇5秒至5秒之 間,最好是1或2秒。在較低之壓縮機負載下,如低於壓縮 機容量之70%,失速狀況一般在渴振狀況發生前即被偵測 10且加以控制。然*,在較高之壓縮機負載下,如高於壓縮 機容量之70%,以及非常高之頭部或提舉下,渴振狀況可 月b發生於δ亥偵測系統308中,這在性質上可能是短暫的,且 不會被偵測成失速噪音。 该湧振反應系統312係反應該壓縮機1〇8於該失速等待 15系統304、該失速反應系統306,或該偵測系統308下所偵測 出之湧振狀況而開始執行。在該壓縮機1〇8中偵測湧振之技 術過程與零件的詳細說明揭示於美國專利第6,427,464號, 該專利在此以參照方式併入本說明書。然而,應予理解的 是,任何適當的湧振偵測技術皆可使用於本發明。該穩定 20性控制演算法300維持於該湧振反應系統312,直到一預設 湧振反應時間屆滿為止。在本發明之一實施例中,該預設 湧振反應時間可在大約1秒至3〇秒之間,最好是5秒。在該 湧振反應系統312下,該可變幾何擴散器119之該擴散器環 210在該預設湧振反應時間内被連續延伸至一關閉位置以 16 1297070 進而縮小該擴散器空間或缺口 204以提供—更穩定的壓縮 機操作能力。該湧振反應時間可依該可變幾何擴散器環機 制212與該驅動致動器馬達之整體速度,以及期望之環 210動作而改變以達成湧振穩定性。 5 該湧振等待系統310係在該壓縮機108於該湧振反應系 統312下之湧振狀況被矯正或補救後開始執行。該穩定性控 制演算法300維持於該湧振等待系統31〇,直到一預設湧振 等待時間屆滿或該壓縮機108進入另一湧振狀況為止。在本 發明之一實施例中,該預設湧振等待時間可在大約〇5秒至 π秒之間,最好是1G秒。在該統3iq下,該可變 幾何擴散器119之該擴散器環210被保持或維持於該可變幾 何擴散器119之該擴散器環21G在前^統下所處的相同位 置上以進而將該開π支樓或維持於該擴散器空間綱中。在 -實施例巾,該穩定性控㈣算法綱可依據制振等待系 15統31()下所制出之另1振狀況再度進人關振反應系 統312。選擇性地,可使用另—控制演算法以因應該汤振等 待系統310下所偵測出之另—汤振狀況。這些額外的渴振事 件可以獨立計數或做為該控制演算法之—部分以決定何時 關閉該壓縮機108。在短時間内發生連續㈣振時,該穩定性 2〇控制演算法細或另—控制演算法可提供該壓縮機觸之警 示或關機保護以避免傷害該壓縮機1〇8。此外,該穩定性控 制演算法·回應該汤振等待系統31〇下之該預設渴振等待 時間的屆滿而進入該偵測系統3〇8。 第4圖例示-可使用於本發明之冷康系統的替代實施 17 1297070 例。第4圖所示之冷凍系統200大致類似第1圖所示且詳述於 上文中之該冷;東系統100,除了 一熱氣旁通線132及一熱氣 旁通(HGBP)閥134被連接於該壓縮機108之出口或排放口 與該預旋轉葉片120之入口之間,以在該HGBP閥134開啟 5 時,回應一湧振狀況之存在以允許來自該壓縮機排出口之 經壓縮冷凍劑被導向或再循環至該壓縮機108之該入口。該 HGBP閥134之位置被控制以調節提供予該壓縮機108之經 壓縮冷凍劑的量,有使用的話。該HGBP閥134之一控制方 法的詳細說明揭示於美國專利第6,427,464號,該專利在此 1〇 以參照方式併入本說明書。然而,應予理解的是,任何適 當的HGBP閥134及其對應的控制方法皆適用於本發明。 第5圖為用以維持系統及壓縮機穩定性之穩定性控制 演算法替代實施例的狀態圖。如第5圖所示,用以提供穩定 性控制予第4圖中該系統2 〇 〇之穩定性控制演算法實施例的 15狀態圖500類似第3圖所示且詳述於上文中之該穩定性控制 演算法300的狀態圖,除了一第7主要控制系統、一熱氣撤 銷糸統314 ’及该熱氣撤銷系統314之對應内部連接之新增 以外。 該熱氣撤銷系統314係回應該壓縮機1〇8在該湧振等待 20系統310下經歷一第2湧振狀況時開始執行,以取代上文就 该穩定性控制演算法300所敘述之返回該湧振反應系統312 或使用另-控制演算法以回應另一渴振狀況的_。此 外,該穩定性控制演算法5〇〇可從該失速等待系統3〇4、該 失速反應系統306或該债測系統細反應控制該系統之另一 18 1297070 控制演算法所偵測出的HGBP閥開啟指令而進入該熱氣撤 銷系統314。該HGBP閥開啟指令可以美國專利第6,427,464 號所揭示之方法產生,該專利在此以參照方式併入本說明 書,或使用任何其他適當的HGBP閥控制方法產生。此外, 5該HGBP閥134在該熱氣撤銷系統314下之操作以上述方式 被控制。該穩定性控制演算法500維持於該熱氣撤銷系統 314 ’直到該HGBP閥134返回一關閉位置為止。在該熱氣撤 銷系統314下,每當該HGBP閥134位於一開啟位置上時,該 可變幾何擴散器119之該擴散器環210即被支撐或固定,以 10進而將該開口支撐或固定於該擴散器空間204中,俾在往後 該系統之頭部被降低且該HGBP閥134被關閉時將該可變幾 何擴散器119維持於一類似的湧振穩定位置上。_旦嗲 HGBP閥134在該熱氣撤銷系統314下被關閉,該穩定性控制 演算法500會進入該失速等待系統304。 15 在本發明之另一實施例中,該馬達152被連接至—改變 該馬達152之速度的變速驅動器(圖中未示)。以該變速驅動 器(VSD)達成之該壓縮機的速度變化會影響該系統之冷凍 蒸氣流速並影響該壓縮機之相對於湧振狀況的穩定性。上 述該穩定性控制演算法300、500可與一變速驅動器一起使 2〇用。使用-變速驅動器時,利用系統操作參數及壓縮機咖 位置資訊之調適容量控制邏輯可以在該穩定性控制演算法 300、500於該汤振反應系統312下被偵測出湧振狀況時,以 更快的速度操作該壓縮機。再者,已發生之效能參數被纷 映且儲存至記憶體,以便以該調適容量控制邏輯避免未來 19 1297070 的湧振狀況。該調適容量控制方法之詳細說明揭示於美國 專利第4,608,833號,該專利在此以參照方式併入本說明 書。然而,應予理解的是,任何適當的調適容量控制方法 皆適用於本發明。 5 雖然本發明已參考一較佳實施例說明如上,熟悉此項 技藝之人士應理解,在沒有違背本發明之範疇的前提下, 可以做成各種改變並以等效物替換其元件。此外,在沒有 背離本發明之主要範圍下,可以對本發明之教示做修飾以 調適一特定狀況或材料。因此,本發明不應被限制於做為 10 實施本發明之最佳模式的特定實施例,相反地,本發明包 含所有落於隨附申請專利範圍中之實施例。 【圖式簡單說明3 第1圖概略顯示本發明之冷凍系統; 第2圖例示本發明使用之離心壓縮機及擴散器的部分 15 斷面圖; 第3圖例示使用於第1圖中該冷凍系統之本發明控制系 統與方法的狀態圖; 第4圖概略顯示本發明之該冷凍系統的替代實施例;以 及 20 第5圖例示使用於第4圖中該冷凍系統之本發明控制系 統與方法的狀態圖。 20 1297070 【主要元件符號說明】 100…冷;東或液體冷卻系統 108…壓縮機 112···冷凝器 119···可變幾何擴散器 120···預旋轉葉片 122···冷卻水塔 126···水冷卻器或蒸發器 128S…供應線 128R…折回線 130···冷卻負載 132···熱氣旁通線 134···熱氣旁通(HGBP)閥 140…控制面板 144…非揮發性記憶體 146···介面板 148—A/D轉換器 150···微處理器 152···馬達或驅動機制 200···冷涞系統 202…推動器 204···擴散器空間 206".擴散器板 208…喷嘴基板 210···擴散器環 212···調整機制 116、128···熱交換器線圈 302···啟動/關機系統 304···失速等待系統 306··.失速反應系統 308···偵測系統 310···湧振等待系統 312···湧振反應系統 314…熱氣撤銷系統 300、500…穩定性控制演算法 21
Claims (1)
1297070 十、申請專利範圍: 第93130735號專财錢巾請專利範圍修正本%⑺ 1_ 一種冷卻系統,其包括: · · -壓縮機、-冷凝器,以及_蒸發器,其在一密閉 5 式冷凍電路中連接; 該壓縮機包括: -壓縮機人口,以從該冷卻系統接收未經壓縮之冷 凍蒸氣; -壓縮機出口,以將經壓縮之冷絲氣排放至該冷 10 卻系統;以及 一位於該壓縮機出口附近之擴散器,該擴散器包含 一擴散器空間及一擴散器環,該擴散器環係建構成允許 該經壓縮冷;東蒸氣流至该壓縮機出口,該擴散器環係可 在該擴散器空間内調整其位置以改變該擴散器空間之 15 尺寸俾控制該經壓縮冷凍蒸氣通過該擴散器空間的流 量;以及 一穩定性控制系統,其係回應該壓縮機中之失速狀 況與湧振狀況的檢出’以控制該擴散器環在該擴散器空 間中之位置’俾維持該壓縮機之穩定操作。 20 2_如申請專利範圍第1項之冷卻系統,其中,該穩定性控 制系統係回應一漠振狀況的檢出將該擴散器環延伸至 該擴散器空間内。 3.如申請專利範圍第2項之冷卻系統,其中,該穩定性控 制系統係回應該湧振狀況的檢出,在一預設湧振反應時 25 間内,將該擴散恭壞連續延伸至該擴散器空間内。 22 1297070 4.如申請專利範圍第3項之冷卻系統,其中,該預設湧振 反應時間在約1秒至約30秒之間。 5·如申請專利範圍第1項之冷卻系統,其中,該穩定性控 制系統係回應一失速狀況的檢出,將該擴散器環延伸至 5 該擴散空間内。 6·如申請專利範圍第5項之冷卻系統,其中,該穩定性控 制系統係回應該湧振狀況的檢出,將該擴散器環連續延 伸至該擴散器空間内,直到被檢測之失速狀況被矯正或 一诱振狀況被檢測出來為止。 ° 7·如申請專利範圍第1項之冷卻系統,其中,該穩定性控 制系統係回應一預設狀況,使該擴散器環固持於該擴散 器空間中之位置。 8·申請專利範圍第1項之冷卻系統,其中,該穩定性控制 系統係回應一預設狀況,使該擴散器環從該擴散器空間 5 中縮回。 9·如申請專利範圍第8項之冷卻系統,其中,該穩定性控 制系統係回應具有一預設脈衝間距之脈衝,漸進式地將 該擴散器環從該擴散器空間中縮回,直到一失速狀況或 〇 ~湧振狀況被檢測出來為止。 •如申凊專利範圍第9項之冷卻系統,其中,該預設脈衝 間距在約0.5秒至約5秒之間。 u·如申請專利範圍第1項之冷卻系統,進一步包括一連接 於該壓縮機出口及入口之間的熱氣旁通閥,該熱氣旁通 閱係建構成允許該經壓縮冷凍蒸氣的一部份從該壓縮 23 1297070 機出口流至該壓縮機入口。 12.如申請專利範圍第11項之冷卻系統,其中,該穩定性控 制系統係回應該熱氣旁通閥之開啟,將該擴散器環固持 於該擴散器空間中。 5 13. —種用以維持離心壓縮機之穩定操作的穩定性控制系 統,該離心壓縮機具有一壓縮機入口、一壓縮機出口、 以及一含一可調整流動通道之可變幾何擴散器,該穩定 性控制系統包括: 一失速反應系統,係回應該離心壓縮機中所檢測出 10 之失速狀況,以調整該可變幾何擴散器之流動通道;以 及 一消振反應系統,係回應該離心壓縮機中所檢測出 之湧振狀況,以調整該可變幾何擴散器之流動通道。 14. 如申請專利範圍第13項之穩定性控制系統,其中,該湧 15 振反應系統被建構成,在一預設湧振反應時間内連續關 閉該可變幾何擴散器之流動通道。 15. 如申請專利範圍第14項之穩定性控制系統,其中,該預 設湧振反應時間在約1秒至約30秒之間。 16. 如申請專利範圍第13項之穩定性控制系統,其中,該湧 20 振反應系統被建構成,連續關閉該可變幾何擴散器之流 動通道,直到被檢測之失速狀況被矯正或一湧振狀況被 檢測出來為止。 17. 如申請專利範圍第13項之穩定性控制系統,進一步包括 一偵測系統,以調整該可變幾何擴散器之流動通道俾為 24 1297070 該擴散器環取得一最佳位置。 18.如申凊專利範圍第17項之穩定性控制系統,其中,該偵 測系統被建構成,漸進式地開啟該可變幾何擴散器之流 動通道,直到一失速狀況或一湧振狀況被檢測出來為 5 止。 •如申明專利範圍弟13項之穩定性控制系統,進一步包括 一渴振等待系統,係回應在該湧振反應系統下被矯正之 一>勇振狀況,以固持住該可變幾何擴散器之流動通道的 位置。 1〇 2〇·如申請專利範圍第19項之穩定性控制系統,其中,該湧 振等待系統係建構成,固持住該可變幾何擴散器之流動 通道的位置,直到一預設湧振等待時間屆滿或一第二湧 振狀況出現為止。 21·如申請專利範圍第2〇項之穩定性控制系統,其中,該預 15 設湧振等待時間在約30秒至約15秒之間。 22·如申請專利範圍第2〇項之穩定性控制系統,進一步包括 一熱氣撤銷系統,其係回應該湧振等待系統下之一第二 汤振狀況的出現以固持住該可變幾何擴散器之流動通 道的位置。 20 23·如申請專利範圍第13項之穩定性控制系統,進一步包括 一失速等待系統,其係回應在該失速反應系統下一失速 狀況的矯正或一壓縮機之啟動,以固持住該可變幾何擴 散為之流動通道的位置。 24·如申請專利範圍第23項之穩定性控制系統,其中,該失 25 1297070 速等待系統係建構成,固持住該可變幾何擴散器之流動 通道的位置,直到一預設失速等待時間屆滿、預旋轉葉 片移動超過一預設臨界值、一失速狀況出現,或一汤振 狀況出現為止。 5 25·如申請專利範圍第24項之穩定性控制系統,其中,該預 設失速荨待時間在約5秒至約15秒之間。 26.如申請專利範圍第24項之穩定性控制系統,其中,該預 設臨界值在該預旋轉葉片之動作範圍的大於〇%至小於 或等於約5%之間。 10 27.如申請專利範圍第13項之穩定性控制系統,其中,該湧 振反應系統比該失速反應系統優先作動。 28·如申請專利範圍第13項之穩定性控制系統,進一步包括 一啟動系統,以在啟動該壓縮機前,完全開啟該可織 何擴散器之流動通道。 15 29. 一種在離心壓縮機中提供穩定性控制之方法,該離心壓 縮機具有一可變幾何擴散器及一可調整流動通道, 法包括下列步驟: 人卞
離心壓縮機之操作中反複檢測該離,, 心壓縮機 在一離 中之湧振狀;_ 在一離心壓 中之失速狀況; 回應該離心壓縮機中1振狀況的檢出,連續 該可變幾何擴散ϋ之流動通道達一職之趣反應時 26 1297070 回應該離心壓縮機中一失速狀況的檢出,連續關閉 該可變幾何擴散器之流動通道直到被檢測之失速狀況 被矯正或一湧振狀況被檢測出來為止。 30·如申請專利範圍第29項之方法,其中,該預設湧振反應 5 時間在約1秒至約30秒之間。 31.如申請專利範圍第29項之方法,進一步包括回應一預設 狀況漸進式地開啟該可變幾何擴散器之流動通道,直到 一失速狀況或湧振狀況被檢測出來為止。 32·如申請專利範圍第29項之方法,進一步包括回應在該湧 10 振反應系統下一湧振狀況被矯正,而固持住該可變幾何 擴散器之流動通道的位置,直到一預設湧振等待時間屆 滿或一第二湧振狀況出現為止。 33·如申請專利範圍第32項之方法,其中,該預設湧振等待 時間在約30秒至約15秒之間。 15 34_如申請專利範圍第29項之方法,進一步包括回應一離心 壓縮機之停止而完全開啟該可變幾何擴散器之流動通 道。 35.如申請專利範圍第29項之方法,進一步包括回應一失速 狀況被矯正或一離心壓縮機被啟動,而固持住該可變幾 〇 何擴散器之流動通道的位置,直到一預没失速專待時間 屆滿、預旋轉葉片移動超過一預設臨界值、一失速狀況 出現,或一湧振狀況出現為止。 36·如申請專利範圍第35項之方法,其中,該預設失速等待 時間在約5秒至約15秒之間。 27 1297070 37.如申請專利範圍第35項之方法,其中,該預設臨界值在 該預旋轉葉片之動作範圍的大於約0%至小於或等於約 5%之間。 28 1297070 七、指定代表圖: (一) 本案指定代表圖為:第(1 )圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明: 128S…供應線 130···冷卻負載 144···非揮發性記憶體 140…控制面板 146···介面板 148···Α/ϋ轉換器 150···微處理器 152···馬達或驅動機制 10 0…冷涑或液體冷卻系統 108…壓縮機 112···冷凝器 116、128…熱交換器線圈 119···可變幾何擴散器 120···預旋轉葉片 122…冷卻水塔 126···水冷卻器或蒸發器 128R…折回線 八、本案若有化學式時,請揭示最能顯示發明特徵的化學式:
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