TWI468592B - 控制系統 - Google Patents

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Description

控制系統 交互參照相關申請案
本申請案是申請於2003年10月10日名為SYSTEM AND METHOD FOR STABILITY CONTROL IN A GENTRIFUGAL COMPRESSOR的第10/683,772號申請案的部份延續申請案。
本發明係有關於一種控制系統。
 發明背景
本發明大體關於一種控制系統。本申請案較特定地關於用於控制一離心式壓縮機的一可變幾何形狀升壓器機制以回應壓縮機不穩定狀態。
一離心式壓縮機可能在壓縮機操作期間遭遇不穩定諸如喘振狀態與失速狀態。喘振現象(surge)或喘振(surging)是當一離心式壓縮機以輕載及高壓比被操作時可能發生的一不穩定狀態。喘振現象(surge)是具有壓力與流量上的振盪的一暫態現象，且在一些情況中，是流經該壓縮機的一完全反向流的發生。喘振(surging)，如果不受控制，可導致壓縮機之旋轉及固定組件之過度的振動，且可導致永久壓縮機損害。一個校正或糾正一喘振狀態的技術可包括打開一熱氣旁通閥將壓縮機的一些廢氣送回至壓縮機進氣口以增加該壓縮機進氣口的流量。
一離心式壓縮機中的旋轉失速可發生在壓縮機的旋轉 葉輪中或葉輪的壓縮機下游的固定升壓器中。在這兩個情況中，旋轉失速的存在可對該壓縮機及/或系統的性能有不利影響。具有無葉片徑向升壓器的混合流離心式壓縮機在一些部份或一些情況中在所有其操作範圍期間可遭受升壓器旋轉失速。典型地，升壓器旋轉失速發生，因為該升壓器之設計不能容納所有的流量，除非一些流量在升壓器通道中遭受分離。升壓器旋轉失速導致低頻聲能或脈動的產生。脈動可具有氣流通道的很高的重要性且可導致該壓縮機、其控制的或其他相關聯的部份/系統的過早損壞。一個校正或糾正一離心式壓縮機中的一失速狀態的技術可包括關閉一可變幾何形狀升壓器中的升壓器間隔。關閉升壓器間隔也可加強該壓縮機抵抗喘振狀態的能力。然而，升壓器空隙的過度關閉可減少經過該壓縮機的流量率及流量容量。
 發明概要
本發明係關於一種具有一離心式壓縮機被設定成壓縮一冷凍劑蒸汽的一液體冷凍器系統。該離心式壓縮機具有一壓縮機進氣口接收未被壓縮的冷凍劑蒸汽及一壓縮機出口排出壓縮的冷凍劑蒸汽。在內部，該壓縮機具有一升壓器，該升壓器具有一可調整升壓環以改變通過該升壓器的壓縮冷凍劑蒸汽的流道。該液體冷凍器系統同樣包括被連接在壓縮機出口與進氣口之間的一可取捨熱氣旁通閥。該可取捨熱氣旁通閥被設定成允許一部份壓縮冷凍劑蒸汽從 壓縮機出口流向壓縮機進氣口，用於維持通過該壓縮機的一最小冷凍劑流量率。該液體冷凍器系統進一步包括一穩定性控制系統控制該升壓器及該可取捨熱氣旁通閥以維持該離心式壓縮機的穩定操作。該穩定性控制系統具有一失速反應狀態控制該升壓環以回應在該離心式壓縮機中檢測到一失速狀態、一喘振反應狀態控制該升壓環以回應在該離心式壓縮機中檢測到一喘振狀態、一熱氣超過狀態控制該可取捨熱氣旁通閥以回應在該離心式壓縮機中檢測到一第二喘振狀態，及一探查狀態控制該升壓環以獲得該升壓環的一最佳位置。
本發明進一步係關於一種具有被連接在一閉合冷凍劑電路中的一壓縮機、一冷凝器，及一蒸發器。該壓縮機包括一壓縮機進氣口從該冷凍器系統接收未壓縮冷凍劑蒸汽、一壓縮機排氣口向該冷凍器系統排出壓縮冷凍劑蒸汽，及一升壓器位於該壓縮機排氣口附近。該升壓器具有一升壓器間隔被設定成允許壓縮冷凍劑蒸汽之通道至該壓縮機排氣口及一升壓環可調整地位於該升壓器間隔中以改變該升壓器間隔大小來控制通過該升壓器間隔的壓縮冷凍劑蒸汽流量。該冷凍器系統同樣包括一穩定性控制系統依據在該壓縮機中檢測到失速狀態及喘振狀態控制該升壓環在該升壓器間隔中的位置以維持該壓縮機的穩定操作。
本發明同樣係關於一種用於維持具有一壓縮機進氣口、一壓縮機排氣口及帶有一可調整流道的一可變幾何形狀的升壓器的一離心式壓縮機的穩定操作的穩定性控制系 統。該穩定性控制系統具有一失速反應狀態回應在一離心式壓縮機中檢測到一失速狀態調整一可變幾何形狀升壓器的一流道，及一喘振反應狀態回應在一離心式壓縮機中檢測到一喘振狀態調整一可變幾何形狀升壓器的一流道。
本發明進一步係關於一種在具有一帶有一可調整流道的可變幾何形狀升壓器的一離心式壓縮機中提供穩定性控制的方法。該方法包括以下步驟：在一離心式壓縮機的操作期間在一離心式壓縮機中多次檢測一喘振狀態；在一離心式壓縮機的操作期間在一離心式壓縮機中多次檢測一失速狀態；回應在一離心式壓縮機中檢測到一喘振狀態持續關閉一可變幾何形狀升壓器的一流道達一預定喘振反應時間段；及回應在一離心式壓縮機中檢測到一失速狀態持續關閉一可變幾何形狀升壓器的一流道直到已檢測到的失速狀態被校正或一喘振狀態被檢測到為止。
本發明同樣係關於一種維持一壓縮機的穩定操作的控制系統。該控制系統包括至少一個第一控制狀態被設定成回應在該壓縮機中檢測到一失速狀態或一喘振狀態之一關閉該壓縮機的一升壓器的一流道。該控制系統同樣包括一第二控制狀態被設定成回應判定一失速狀態或一喘振狀態不存在打開該壓縮機的升壓器之流道。
本發明進一步係關於提供一離心式壓縮機中的穩定性控制的方法。該方法包括在該離心式壓縮機操作期間多次檢測一喘振狀態及在該離心式壓縮機操作期間多次檢測一失速狀態。該方法同樣包括回應在該離心式壓縮機中檢測 到一喘振狀態或一失速狀態關閉該離心式壓縮機的一升壓器的一流道及回應檢測到不存在一失速狀態或一喘振狀態打開該離心式壓縮機的升壓器之流道。
本發明同樣係關於一種蒸汽壓縮系統。該蒸汽壓縮系統包括被連接在一閉環中的一壓縮機、一第一熱交換器，及一第二熱交換器。該壓縮機包括一進氣口接收未壓縮的蒸汽、一排氣口排出壓縮蒸汽及一升壓器位於該排氣口附近。該升壓器具有一通道被設定成允許壓縮蒸汽流到該排氣口及一環可調整地位於該通道中以改變該通道的尺寸來控制通過該通道的壓縮蒸汽流。該蒸汽壓縮系統同樣包括一控制系統回應該壓縮機中失速狀態及喘振狀態之一存在或在該壓縮機中沒有失速狀態或喘振狀態調整該環在該通道中的位置。
圖式簡單說明
第1圖示意性地繪示一蒸汽壓縮系統的一示範性實施例。
第2圖繪示一離心式壓縮機及升壓器的一示範性實施例的部份截面視圖。
第3圖繪示針對第1圖的蒸汽壓縮系統的一控制系統之一示範性狀態圖。
第4圖繪示針對第1圖的蒸汽壓縮系統的一控制系統之另一示範性狀態圖。
第5圖示意性地繪示一蒸汽壓縮系統的另一示範性實施例。
第6圖繪示針對第5圖的蒸汽壓縮系統的一控制系統之一示範性狀態圖。
第7圖繪示針對第5圖的蒸汽壓縮系統的一控制系統之另一示範性狀態圖。
 較佳實施例之詳細說明
第1圖示意性地繪示可被用於加熱、通風及空氣調節(HVAC)、冷凍劑或液體冷凍器系統的一示範性蒸汽壓縮系統。蒸汽壓縮系統100可使一種流體，例如一種冷凍劑通過一壓縮機108循環，該壓縮機108由一馬達152、一冷凝器112、一膨脹裝置(未示於圖中)及一蒸發器126驅動。系統100同樣包括可具有一類比至數位(A/D)轉換器148的一控制面板140、一微處理器150、一非依電性記憶體144及一介面板146。可在蒸汽壓縮系統100中被用作冷凍劑的流體的範例是基於氫氟碳化合物(HFC)的冷凍劑(例如，R-410A)、二氧化碳(CO2 ；R-744)，及任一其他適合類型的冷凍劑。
與壓縮機108一起被使用的馬達152可由一變速驅動裝置(VSD)提供電力或直接從一交流電源(AC)或直流電源(DC)被提供電力。一變速驅動裝置如果被使用，其從AC電源接收具有一特定固定線路電壓及固線線路頻率的AC電力且對該馬達提供具有一可變電壓及頻率的電力。馬達152可以是可由一VSD或直接從一AC或DC電源被提供電力的任一類型的電動馬達。例如，馬達152可以是一切換式磁阻馬達、一感應馬達、一電子換相永磁馬達，或任意其他合 適的馬達類型。在一可選實施例中，其他驅動機制諸如蒸汽或氣體渦輪機或引擎及相關聯的組件可被用以驅動壓縮機108。
壓縮機108壓縮一冷凍劑蒸汽且將壓縮蒸汽通過一排出管線遞送至冷凝器112。在一示範性實施例中，壓縮機108可以是一離心式壓縮機。由壓縮機108遞送至冷凝器112的冷凍劑蒸汽將熱傳送給一種流體，例如水或空氣。該冷凍劑蒸汽由於與該流體的熱傳送的結果在冷凝器112中冷凝為一冷凍劑液體。來自冷凝器112中的液體冷凍劑流經一膨脹裝置(未示於圖中)至一蒸發器126。被遞送至蒸發器126的液體冷凍劑從一流體，例如空氣或水吸收熱且經歷到一冷凍劑蒸汽的一相位改變。該蒸汽冷凝劑從蒸發器126逸出且透過一吸氣管線返回至壓縮機108已完成循環。
在第1圖所繪示的一示範性實施例中，冷凝器112中的冷凍劑蒸汽流經被連接至一冷卻塔122的一熱交換器116進入與水的熱交換關係。在冷凝器112中的冷凍劑蒸汽由於在熱交換器線圈中與水的熱交換關係的結果經歷到一冷凍劑液體的一相位改變。蒸發器126可包括具有被連接至一冷卻負載130的一供應管線128S及一返回管線128R的一熱交換器128。在蒸發器126中，熱交換器128可包括多個管組。一種二次液體，例如，水、乙烯、氯化鈣、氯化鈉或任意其他合適的二次液體經由返回管線128R流入蒸發器126，且經由供應管線128S流出蒸發器126。蒸發器126中的液體冷凍劑進入在熱交換器128中與二次液體的熱交換關係以冷卻 熱交換器線圈128中二次液體的溫度。蒸發器126中的冷凍劑液體由於在熱交換器線圈128中與二次液體的熱交換關係經歷到一冷凍劑蒸汽的一相位改變。
在壓縮機108的入口或進氣口，有一個或多個預旋葉片(PRV)或進口導葉120被用以控制到壓縮機108的冷凍劑的流量。一致動器被用於打開預旋葉片120以增加流向壓縮機108的冷凍劑的量，藉此增加系統100的冷卻容量。相似地，該致動器被用於關閉預旋葉片120以減少流向該壓縮機108的冷凍劑的量，藉此減少該系統100的冷卻容量。
第2圖繪示一離心式壓縮機及升壓器的一示範性實施例的部份截面視圖。壓縮機108包括一葉輪202用於壓縮該冷凍劑蒸汽。該冷凍劑蒸汽接著通過一升壓器119。升壓器119可以是具有一可變幾何形狀的一無葉片徑向升壓器。可變幾何形狀升壓器(VGD)119具有在一升壓器板206與一噴嘴基板208之間形成的一升壓器間隔204用於該冷凍劑蒸汽的通道。噴嘴基板208被設定成與一升壓環210一起使用。升壓環210被用來控制通過升壓器間隔或通道204的冷凍劑蒸汽速度。升壓環210可伸出至升壓器通道204中，以提高蒸汽流經該通道的速度，且可從升壓器通道204縮回，以減小蒸汽流經該通道的速度。升壓環210可使用由一電動馬達驅動的一可調整機制212伸出和縮回以提供升壓器119的可變幾何形狀。一個示範性可變幾何形狀升壓器的操作及組件的較詳細描述在於2005年3月29日發表的美國專利申請案第6,872,050號案中被提供，該專利申請案在此併入本文 以為參考資料。
控制面板140具有一A/D轉換器148可接收來自系統100指示系統100之性能的輸入信號。例如，由控制面板140接收的輸入信號可包括預旋葉片120的位置、從蒸發器126離開的冷凍液體的溫度、蒸發器126及冷凝器112的壓力，及該壓縮機排出通道中的聲壓或音壓量值。控制面板140同樣具有一介面板146將信號傳送至系統100的組件以控制系統100的操作。例如，控制面板140可傳送信號以控制預旋葉片120的位置、如果一可取捨熱氣體旁通閥134存在控制其位置(見第5圖)，及控制升壓環210在可變幾何形狀升壓器119中的位置。
控制面板140使用一個(多個)控制演算法控制系統100的操作，且回應特定壓縮機狀態決定在可變幾何形狀升壓器119中何時伸出和縮回升壓環210，以維持系統及壓縮機的穩定性。控制面板140可回應特定壓縮機狀態使用該(等)控制演算法打開及關閉該可取捨熱氣旁通閥134(見第5圖至第7圖)，如果其存在，以維持系統及壓縮機的穩定性。在一個實施例中，該(等)控制演算法可以是儲存在具有可由微處理器150執行的一系列指令的非依電性記憶體144中的電腦程式。在一個示範性實施例中，該控制演算法在一個(多個)電腦程式中被實現且由微處理器150執行。然而，應理解該控制演算法可使用數位元及/或類比硬體被實施及執行。如果硬體被用於執行該控制演算法，控制面板140相對應的組態可被改變以併入必要的組件及移除任何可能不 再需要的組件，例如A/D轉換器148。
第3圖、第4圖、第6圖及第7圖是用於維持壓縮機及系統穩定性的穩定性控制演算法的示範性狀態圖表示。該等穩定性控制演算法可作為獨立程式參考該系統的其他控制演算法，例如，一操作控制演算法被執行，或者該穩定性控制演算法可被併入該系統的其他控制演算法。如第3圖所示，提供第1圖的系統100的穩定性控制的穩定性控制演算法的一示範性實施例的一狀態圖300可具有6個控制狀態。該等控制狀態包括：一起動/停機狀態302；一失速等待狀態304；一失速反應狀態306；一探查狀態308；一喘振等待狀態310，及一喘振反應狀態312。各控制狀態可包括一個或多個程式或演算法或其他控制裝置或設備以執行特定控制狀態的相對應的控制操作。
起動/停機狀態302是在系統100操作期間穩定性控制演算法300中的第一及最後控制狀態。一經從一不活動狀態起動(starting)或啟動(initiating)系統100，穩定性控制演算法300就進入起動/停機狀態302。相似地，當系統100被停止或停機時，回應來自另一控制系統100的控制演算法或穩定性控制演算法300的一停機命令就從穩定性控制演算法300中的任一其他控制狀態進入起動/停機狀態302。穩定性控制演算法300持續於起動/停機狀態302直到壓縮機108被起動為止。在起動/停機狀態302，可變幾何形狀升壓器119的升壓環210被移至一完全打開或縮回位置藉此完全打開升壓器間隔204。
壓縮機108被起動後進入失速等待狀態304。可在失速反應狀態306的一失速狀態的校正後進入失速等待狀態304。穩定性控制演算法300持續於失速等待狀態304直到以下狀態之一發生為止：一預定失速等待期終止；一喘振狀態被檢測到；一失速狀態被檢測到；或預旋葉片120被移動多於一預定PRV偏移量。預旋葉片120的移動可以是壓縮機狀態(例如流量及/或壓頭)正在改變的一指示符且可要求可變幾何形狀升壓器119調整。依據一示範性實施例，預定失速等待期可以從大約0.5分鐘至大約15分鐘為範圍，且可大約為10分鐘，該預定PRV偏移量可以預旋葉片移動範圍的0%到大約5%為範圍，且可大約為3%。在失速等待狀態304，可變幾何形狀升壓器119之升壓環210被保持或維持在可變幾何形狀升壓器119之升壓環210在先前狀態所具有的藉此保持或維持在升壓器間隔204中打開的一相同位置。
回應在失速等待狀態304或探查狀態308在壓縮機108中檢測到失速，進入失速反應狀態306。在一壓縮機中檢測到失速的一示範性技術的過程及組件之一較詳細的描述在發表於2005年2月22日的美國專利申請案第6,857,845號案中被提供，該專利申請案在此併入本文以為參考資料。然而，應理解任一適合的失速檢測技術可被用於在該系統中檢測失速。穩定性控制演算法300持續於失速反應狀態306直到在壓縮機108中檢測到的失速狀態被校正或糾正或直到一喘振狀態在壓縮機108中被檢測到為止。依據一示範性實施例，該失速狀態回應一相對應的小於一預定失速最小 臨界值電壓的失速感測器電壓考慮為被校正或糾正，該預定失速最小臨界值電壓可以從大約0.4V至大約0.8V為範圍，且可以是大約0.6V。在失速反應狀態306，可變幾何形狀升壓器119之升壓環210被持續向一關閉位置伸出藉此關閉升壓器間隔204中的打開直到在壓縮機108中已被檢測到的失速狀態被校正或糾正為止。在失速反應狀態306一經校正或糾正該失速狀態，穩定性控制演算法300返回至失速等待狀態304。
回應預定失速等待期終止或在失速等待狀態304中以大於預定PRV偏移量的預旋葉片210的移動，進入探查狀態308。可在喘振等待狀態310中的一預定喘振等待期終止後進入探查狀態。穩定性控制演算法300持續於探查狀態308直到一失速狀態或一喘振狀態在壓縮機108中被檢測到為止。依據一示範性實施例，回應大於一預定失速最大臨界值電壓的一相對應的失速感測器電壓該失速狀態被檢測到，該預定失速最大臨界值電壓可以從大約0.6V到大約1.2V為範圍，且可以是大約0.8V。在探查狀態308，可變幾何形狀升壓器119的升壓環210被打開或縮回藉此增加升壓器間隔204的打開直到一喘振狀態或失速狀態在壓縮機108中被檢測到為止。依據一示範性實施例，可變幾何形狀升壓器119的升壓環210以遞增量或由具有一預定脈動間隔的脈動觸發的步驟被打開或縮回，該預定脈動間隔可以從大約0.5秒到大約5秒為範圍，且可以是大約1秒或2秒。以較低壓縮機負載，例如，少於壓縮機容量的70%，一失速狀 態在一喘振狀態可能發生前被典型地檢測到及控制。然而，以較高壓縮機負載，例如大於壓縮機容量的70%及非常高的壓頭或揚程，一喘振狀態可在探查狀態308時發生，這可能實際上是瞬時的且不作為失速雜訊被檢測。
回應在失速等待狀態304、失速反應狀態306或探查狀態308在壓縮機108中檢測到喘振，進入喘振反應狀態312。一用於在壓縮機108中檢測喘振的示範性技術的過程及組件的一較詳細描述在美國專利申請案第6,427,464號案中被提供，該專利申請案在此併入本文以為參考資料。然而，應理解任一適合的喘振檢測技術可被用於該系統。穩定性控制演算法300持續於喘振反應狀態312直到一預定喘振反應時間終止為止。依據一示範性實施例，該預定喘振反應時間可以從大約1秒到大約30秒為範圍，且可以是大約5秒。在喘振反應狀態312，可變幾何形狀升壓器119之升壓環210在該預定喘振反應時期上持續向一關閉位置伸出藉此減小升壓器間隔或空隙204以提供一較穩定的壓縮機操作容量。該喘振反應時期可依據可變幾何形狀升壓環機制212的總速度改變且驅動致動器馬達，及需要實現喘振穩定性的所希望的VGD環210移動。
在喘振反應狀態312一經校正或糾正在壓縮機108中的一喘振狀態，就進入喘振等待狀態310。穩定性控制演算法300持續於喘振等待狀態310直到一預定喘振等待期終止或壓縮機108進入另一喘振狀態為止。依據一示範性實施例，該預定喘振等待期可以從大約0.5分鐘到大約15分鐘為範 圍，且可以是大約10分鐘。在喘振等待狀態310，可變幾何形狀升壓器119之升壓環210以可變幾何形狀升壓器119之升壓環210在先前狀態具有的相同的位置被保持或維持藉此保持或維持升壓器間隔204中的打開。在一示範性實施例中，穩定性控制演算法300可回應在喘振等待狀態310檢測到另一喘振狀態，重新進入喘振反應狀態312。可供選擇地，回應在喘振等待狀態310中檢測到另一喘振狀態另一控制演算法可被使用。該等喘振事件可被獨立計算或按控制演算法的一部份計算以決定何時使壓縮機108停機。在一短期內有持續的喘振的事件中，穩定性控制演算法300或其他控制演算法可提供壓縮機108的報警或停機保護以避免損壞壓縮機108。否則，回應喘振等待狀態310的預定喘振等待期的終止，穩定性控制演算法300進入探查狀態308。
第4圖繪示與第3圖的狀態控制圖相似的一控制系統的另一示範性狀態圖，但其穩定性控制演算法300持續喘振等待狀態310直到一預定喘振等待期終止、一失速狀態被檢測到或壓縮機108進入另一喘振狀態為止，且穩定性控制演算法300持續失速反應狀態306直到壓縮機108中被檢測到的失速狀態(從喘振等待狀態310、探查狀態308或失速等待狀態304)被校正或糾正、或直到一喘振狀態在壓縮機108中被檢測到為止。如果在處於喘振等待狀態310時一失速狀態發生，穩定性控制演算法300暫停或中止定時器達喘振等待狀態310中的喘振等待狀態期且進入失速反應狀態306。穩定性控制演算法300持續於失速反應狀態306直到從喘振等待 狀態310在壓縮機108中被檢測到的失速狀態被校正或糾正或直到一喘振狀態在壓縮機108中被檢測到。當從喘振等待狀態310在壓縮機108中被檢測到的失速狀態被校正或糾正時，穩定性控制演算法300重新進入喘振等待狀態310且恢復該定時器達喘振等待狀態310的喘振等待期。在另一示範性實施例中，當穩定性控制演算法300重新進入喘振等待狀態310時，達喘振等待期的定時器可被再起動以持續於喘振等待狀態310達全時期。
第5圖示意性地繪示一蒸汽壓縮系統的另一示範性實施例。第5圖所繪示的蒸汽壓縮系統200除一熱氣旁通管線132及一熱氣旁通(HGBP)閥134在壓縮機108的排氣口或排出口與預旋葉片120的進氣口之間被連接以當HGBP閥134打開時，回應一喘振狀態的存在允許來自壓縮機排出口的壓縮冷凍劑被轉向或循環回壓縮機108的進氣口之外，與第1圖所示的蒸汽壓縮系統100相似。HGBP閥134的位置被控制以調整壓縮冷凍劑量，若有的話，被提供給壓縮機108。一HGBP閥的一示範性控制過程的描述美國專利申請案第6,427,464號案中被提供，該專利申請案在此併入此文以為參考資料。然而，應理解任一合適的HGBP閥及相對應的控制過程可用於此系統。
第6圖繪示第5圖的蒸汽壓縮系統的一控制系統的一示範性狀態圖。如第6圖所示，用於提供第5圖的系統200之穩定性控制的穩定性控制演算法的實施例的狀態圖500除加入一第七控制狀態、一熱氣過載狀態314及熱氣過載狀態 314相對應的內連接之外與第3圖所說明的及上文詳細描述的穩定性控制演算法300的狀態圖相似。
回應壓縮機108在處於喘振等待狀態310時經歷一第二喘振狀態進入熱氣過載狀態314，而非可能的返回至喘振反應狀態312或回應上文所描述的參考穩定性控制演算法300檢測到的另一喘振狀態使用另一控制演算法。回應從控制該系統的另一控制演算法檢測到一HGBP閥打開命令，穩定性控制演算法500可從失速等待狀態304、失速反應狀態306或探查狀態308進入熱氣過載狀態314。該HGBP閥打開命令可如美國專利第6,427,464號案所描述的被產生，該專利在此併入此文以為參考資料，或使用任一其他適合的HGBP閥控制過程。穩定性控制演算法500持續於熱氣過載狀態314直到HGBP閥134返回至一關閉位置。在熱氣過載狀態134中，每當HGBP閥134處於一打開位置時，可變幾何形狀升壓器119之升壓環210位置被保持或固定藉此保持或固定升壓器間隔204的打開以使可變幾何形狀升壓器119保持在當系統壓頭稍後被降低且HGBP閥134被關閉時的類似喘振狀態的一位置。在熱氣過載狀態314中HGBP閥134關閉之後，穩定性控制演算法500進入失速等待狀態304。
第7圖繪示除穩定性控制演算法500持續於喘振等待狀態310直到一預定喘振等待期終止、一失速狀態被檢測到或壓縮機108進入另一喘振狀態及穩定性控制演算法500持續於失速反應狀態306直到在壓縮機108中被檢測到的失速狀態(從喘振等待狀態310、探查狀態308或失速等待狀態304) 被校正或糾正或直到一喘振狀態在壓縮機108中被檢測到之外與第6圖相似的一控制系統的另一示範性狀態圖。如果當在喘振等待狀態310中時一失速狀態發生，穩定性控制演算法500暫停或中止該定時器達喘振等待狀態310的喘振等待期且進入失速反應狀態306。穩定性控制演算法500持續於失速反應狀態306直到從喘振等待狀態310在壓縮機108中被檢測到的失速狀態被校正或糾正或直到一喘振狀態在壓縮機108中被檢測到。當從喘振等待狀態310在壓縮機108中被檢測到的失速狀態被校正或糾正時，穩定性控制演算法500重新進入喘振等待狀態310且恢復定時器達喘振等待狀態310中喘振等待期。在另一實施例中，當穩定性控制演算法500重新進入喘振等待狀態310時，達喘振等待期的定時器可被再起動以持續於喘振等待狀態310達全時期。
在一示範性實施例中，馬達152被連接至改變馬達152速度的一變速驅動裝置(未示於圖中)。由該變速驅動裝置(VCD)的該壓縮機速度的改變影響通過該系統的冷凍劑蒸汽流量率及關於喘振狀態的壓縮機穩定性。穩定性控制演算法300、500可連同一變速驅動裝置被使用。當一變速驅動裝置被使用時，使用系統操作參數及壓縮機PRV位置資訊的適應容量控制邏輯可被用以當一喘振被檢測到時以一較快速度操作該壓縮機，同時穩定性控制演算法300、500處於喘振反應狀態312。過去性能參數可被映射或儲存在記憶體中以避免將來由於適應容量控制邏輯的喘振狀態。一示範性適應容量控制過程的描述在美國專利申請案第 4,608,833號案中被提供，該專利申請案在此併入此文以為參考資料。然而，應理解任何合適的適應容量控制過程可被用於該系統。
儘管僅本發明的某些特徵及實施例已被說明和描述，但是在本技術領域的那些通常知識者可能想起許多修改和改變(例如大小、尺寸、結構、各種元件的形狀和比例、參數值(例如溫度、壓力等)、安裝配置、材料使用、顏色、方向等方面的變化)，這些修改和改變實質上不脫離在該等申請專利範圍中所述之標的的新穎教示和優點。因此，可理解的是，所附申請專利範圍意欲涵蓋所有這些落入本發明之真實精神範圍內的修改及改變。此外，為了提供示範性實施例的簡明描述，可能沒有描述一實際實施的所有特徵(即與目前所設想的實施本發明的最佳模式不相關的那些或者與致能所請發明不相關的那些)。應理解的是，在任何這種實際實施的發展中，如在任何工程或設計專案中，許多實施特定決定可被實現。這樣的發展努力可能複雜且消耗時間，但是對於具有本揭露之利益的那些具有通常知識者而言仍然是一例行執行的設計、加工以及製造，而無過度實驗。
100‧‧‧蒸汽壓縮系統
108‧‧‧壓縮機
112‧‧‧冷凝器
116‧‧‧熱交換器
119‧‧‧升壓器
120‧‧‧預旋葉片/進口導葉
122‧‧‧冷卻塔
126‧‧‧蒸發器
128‧‧‧熱交換器
128S‧‧‧供應管線
128R‧‧‧返回管線
130‧‧‧冷卻負載
132‧‧‧熱氣旁通管線
134‧‧‧熱氣旁通閥
140‧‧‧控制面板
144‧‧‧非依電性記憶體
146‧‧‧介面板
148‧‧‧類比至數位轉換器
150‧‧‧微處理器
152‧‧‧馬達
200‧‧‧蒸汽壓縮系統
202‧‧‧葉輪
204‧‧‧升壓器間隔
206‧‧‧升壓器板
208‧‧‧噴嘴基板
210‧‧‧升壓環
212‧‧‧可調整機制
300、500‧‧‧穩定性控制算法
302‧‧‧起動/停機狀態
304‧‧‧失速等待狀態
306‧‧‧失速反應狀態
308‧‧‧探查狀態
310‧‧‧喘振等待狀態
312‧‧‧喘振反應狀態
314‧‧‧熱氣過載狀態
第1圖示意性地繪示一蒸汽壓縮系統的一示範性實施例。
第2圖繪示一離心式壓縮機及升壓器的一示範性實施例的部份截面視圖。
第3圖繪示針對第1圖的蒸汽壓縮系統的一控制系統之 一示範性狀態圖。
第4圖繪示針對第1圖的蒸汽壓縮系統的一控制系統之另一示範性狀態圖。
第5圖示意性地繪示一蒸汽壓縮系統的另一示範性實施例。
第6圖繪示針對第5圖的蒸汽壓縮系統的一控制系統之一示範性狀態圖。
第7圖繪示針對第5圖的蒸汽壓縮系統的一控制系統之另一示範性狀態圖。
100‧‧‧蒸汽壓縮系統
108‧‧‧壓縮機
112‧‧‧冷凝器
116‧‧‧熱交換器
119‧‧‧升壓器
120‧‧‧預旋葉片/進口導葉
122‧‧‧冷卻塔
126‧‧‧蒸發器
128‧‧‧熱交換器
128S‧‧‧供應管線
128R‧‧‧返回管線
130‧‧‧冷卻負載
140‧‧‧控制面板
144‧‧‧非依電性記憶體
146‧‧‧介面板
148‧‧‧類比至數位轉換器
150‧‧‧微處理器
152‧‧‧馬達

Claims (16)

  1. 一種維持壓縮機之穩定操作的控制系統，包含：至少一個第一控制狀態，其被設定成回應於檢測到該壓縮機中之一失速狀態或一喘振狀態而關閉該壓縮機的一升壓器(diffuser)之一流道；一第二控制狀態，其被設定成回應於判定不存在一失速狀態或一喘振狀態而打開該壓縮機的該升壓器的該流道；該至少一個第一控制狀態包含一失速反應狀態及一喘振反應狀態，該失速反應狀態係回應於檢測到一失速狀態而進入，該喘振反應狀態係回應於檢測到一喘振狀態而進入；一喘振等待狀態，其被設定成回應於該喘振反應狀態中被校正的一喘振狀態而維持該升壓器之該流道之一尺寸；以及該失速反應狀態係回應於該喘振等待狀態中發生之一失速狀態而進入，且該喘振等待狀態係回應於該失速反應狀態中被校正之該失速狀態而進入。
  2. 如申請專利範圍第2項所述之系統，其中該喘振反應狀態被設定成持續關閉該升壓器之該流道長達一預定喘振反應時期；且該失速反應狀態被設定成持續關閉該升壓器之該流道，直到被檢測到的該失速狀態被校正或一喘振狀態被檢測到為止。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該喘振等待狀態被設定成維持該升壓器之該流道之一尺寸，直到一預定喘振等待期終止、一喘振狀態發生或一失速狀態發生為止。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之系統，進一步包含一熱氣過載狀態，其被設定成回應於該喘振等待狀態中一喘振狀態的發生而維持該升壓器之該流道之一尺寸。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之系統，進一步包含一失速等待狀態，其被設定成回應於該失速反應狀態中校正一失速狀態或啟動一壓縮機而維持該升壓器之該流道之一尺寸。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之系統，其中該失速等待狀態被設定成維持該升壓器之該流道的一位置，直到以下情況之一者發生為止：一預定失速等待期終止、預旋葉片被調整大於一預定臨界值的量、一失速狀態發生或一喘振狀態發生。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該第二控制狀態包含一探查狀態，其被設定成遞增地打開該升壓器之該流道，直到一失速狀態被檢測到或一喘振狀態被檢測到為止。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之系統，進一步包含一起動狀態，其被設定成在起動該壓縮機之前完全打開該升壓器之該流道。
  9. 一種在離心式壓縮機中提供穩定性控制的方法，包含： 在該離心式壓縮機操作期間，多次檢測一喘振狀態；在該離心式壓縮機操作期間，多次檢測一失速狀態；回應於進入一失速反應狀態或一喘振反應狀態而關閉該離心式壓縮機之一升壓器之一流道，該失速反應狀態係回應於檢測到該離心式壓縮機中之一失速狀態而進入，該喘振反應狀態係回應於檢測到該離心式壓縮機中之一喘振狀態而進入；回應於進入一喘振等待狀態而維持該升壓器之該流道之一尺寸，該喘振等待狀態係回應於一被校正之喘振狀態而進入；回應於該喘振等待狀態中發生之一失速狀態而進入該失速反應狀態，且回應於該失速反應狀態中被校正之該失速狀態而進入該喘振等待狀態；及回應於檢測到不存在一失速狀態或一喘振狀態而打開該離心式壓縮機之該升壓器之該流道。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中打開該升壓器之該流道的步驟包含：遞增地打開該離心式壓縮機之該升壓器之該流道，直到一失速狀態被檢測到或一喘振狀態被檢測到為止。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中維持該升壓器之該流道之一尺寸的步驟包括：維持該升壓器之該流道的一尺寸，直到一預定喘振等待期終止、一喘振狀態被檢測到或一失速狀態被檢測到為止。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之方法，進一步包含回應於停止該離心式壓縮機而完全打開該升壓器之該流道。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之方法，進一步包含回應於一失速狀態的校正或一離心式壓縮機的起動而維持該升壓器之該流道之一位置，直到發生以下情況之一者為止：一預定失速等待期終止、預旋葉片被移動大於一預定臨界值的量、一失速狀態被檢測到或一喘振狀態被檢測到。
  14. 一種蒸汽壓縮系統，包含：一壓縮機、一第一熱交換器，及一第二熱交換器，它們以一閉環路被連接；該壓縮機包含：一進氣口，供接收未壓縮蒸汽；一排氣口，供排出壓縮蒸汽；及一升壓器，位於該排氣口附近，該升壓器包含一通道及一環，該通道被設定成允許壓縮蒸汽流至該排氣口，該環被可調整地置於該通道中以改變該通道的一尺寸，進而控制通過該通道的壓縮蒸汽流量；一控制系統，可回應於下面情況之一者而調整該環在該通道中的位置：在該壓縮機中失速狀態及喘振狀態的存在，或在該壓縮機中失速狀態及喘振狀態的不存在；該控制系統係回應於該喘振狀態或該失速狀態的存在而將該環伸進該通道，該控制系統係回應於該失 速狀態的存在而進入一失速反應狀態，該控制系統係回應於該喘振狀態的存在而進入一喘振反應狀態；該控制系統係回應於該喘振反應狀態中被校正之喘振狀態而維持該流道中的該環，該控制系統係回應於該喘振反應狀態中被校正之喘振狀態而進入一喘振等待狀態；以及該控制系統係回應於該喘振等待狀態中發生之一失速狀態而進入該失速反應狀態，且該控制系統係回應於該失速反應狀態中被校正之該失速狀態而回到該喘振等待狀態。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之系統，該控制系統係回應於檢測到一喘振狀態而持續將該環伸進該通道長達一預定喘振反應時期、且回應於檢測到一失速狀態而持續將該環伸進該通道，直到該檢測到的失速狀態被校正或一喘振狀態被檢測到為止。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之系統，進一步包含：一熱氣旁通閥，被連接在該排氣口與該進氣口之間，該熱氣旁通閥被設定成允許該壓縮冷凍劑蒸汽的一部份從該排氣口流至該進氣口；及該控制系統係回應於該熱氣旁通閥被打開而維持該環在該通道在定位。
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