一种带补气阀的二级节流冷水机组及其控制方法

技术领域

本发明涉及换热技术领域，尤其涉及一种带补气阀的二级节流冷水机组及其控制方法。

背景技术

现有市场上的双级压缩离心冷水机组大都采用的是两级节流中间不完全冷却冷水系统，一级节流大都采用的是孔板或电子膨胀阀；二级节流大部分通过内置于经济器中的浮球阀控制阀的开度起到调节作用。

一级节流采用孔板的优点是成本低但是调节范围有限，机组运行范围受限；采用电子膨胀阀的优点是调节精度高范围广，但是成本较高。二级节流采用浮球阀内置于经济器中，一方面增加了浮球阀装配的难度，使工时增加人工成本上升；另一方面也要考虑浮球阀的可维修性，需要在筒体增加法兰以方便浮球阀的取出，导致经济器宽度尺寸增加。对于采用离心分离的中间冷却器，浮球阀内置于经济器中增加了经济器的高度，会使经济器成为机组最高点导致机组整体高度增加，最终导致运输成本增加；对于需求是小压差及大冷量的用户，因冷凝器和蒸发器的压差较小导致中间冷却器和蒸发器之间的压差减小，使得浮球阀的供液能力降低，从而会出现经济器液位升高，导致浮球阀阀门开到最大后蒸发器仍缺液、蒸发压力偏低的问题，最终机组运行性能差且压缩机补气带液。

机组在小负荷运行时压缩机的IGV(压缩机的IGV：压缩机的入口导叶的开度百分比)开的比较小，压缩机吸入口的压力经IGV的节流入口压力比较低，进而导致压缩机一级压缩后的压力降低，极端情况会出现蒸发压力要高于一级压缩后的压力，经济器的液体无法进入到蒸发器中使蒸发压力偏低，机组的运行效率低。另外在机组启动过程中，初始启动阶段IGV的开度比较低，蒸发压力经IGV节流后叶轮吸气压力大大降低，极端情况会导致经济器压力低于蒸发压力，经济器的液体无法进入到蒸发器，导致启动过程中蒸发压力持续降低低于最小蒸发压力，机组最终报警停机。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足提供一种应用范围广且性能可靠的带补气阀的二级节流冷水机组及其控制方法。

本发明所采用的技术方案为：一种带补气阀的二级节流冷水机组，包括依次相连的压缩机、冷凝器、一级节流装置、经济器、二级节流装置和蒸发器；其特征在于，在所述经济器与压缩机之间还设有补气阀支路，所述一级节流装置与二级节流装置均采用电动蝶阀。

按上述技术方案，所述一级节流装置的开度L

按上述技术方案，所述二级节流装置的开度L

二级节流装置的开度L

F(K(L

F(K(L

K(L

K(L

其中P

按上述技术方案，还包括用于测量冷凝器和经济器内液位的液位传感器、以及用于测量冷凝器、经济器和蒸发器实时压力的压力传感器。

按上述技术方案，所述压缩机包括双级压缩机或多级压缩机。

按上述技术方案，该方法用于控制权利要求1-5任一所述的带补气阀的二级节流冷水机组，包括下述步骤：

步骤一：检测压缩机的IGV、经济器压力、蒸发器压力；

步骤二：判断压缩机的状态，若压缩机处于运行状态则计算补气阀的开度并对补气阀执行该开度，若压缩机处于启动阶段则进行下一步；

步骤三：判断压缩机启动时间，若压缩机启动时间达到预定值则计算补气阀的开度并执行，若压缩机启动时间没达到预定值则进行下一步；

步骤四：判断压缩机的IGV，若压缩机的IGV达到预定值则计算补气阀的开度并执行，若没达到预定值则补气阀保持关闭。

按上述技术方案，所述补气阀驱动方式采用电机驱动，补气阀的开度由经济器压力与蒸发器之间的压差控制。

按上述技术方案，所述压缩机启动时间的预定值取值范围是3～8min。

按上述技术方案，所述压缩机IGV的预定值是5％～20％。

本发明所取得的有益效果为：

1、本发明采用电动蝶阀作为节流装置，相较于电子膨胀阀成本更低，电动蝶阀本身调节范围广，满足机组在不同工况下的运行。并且本发明在电动蝶阀的调节过程中采用位置式调节，基于冷凝器实际液位和目标液位的偏差实时动作，当偏差较大时阀的动作幅度大，避开反向间隙的影响；当偏差较小时，阀的动作幅度小，动作速度快，防止阀应超调导致液位震荡，从而保证冷凝器液位快速稳定，提高了装置的可靠性。另外相较于传统机组，本发明经济器内部取消浮球阀，从而降低了经济器的加工工时和经济器的高度、减少了经济器内冷媒的充注量、降低冷媒成本、以及避免了因经济器导致整体机组高度升高增加运输成本的风险。

2、通过压缩机所处的运行阶段、工作状态以及启动时间，结合经济器和蒸发器的压力，控制补气阀的开度大小及开关，从而保证机组在大冷量、小压差、小负荷工况下经济器到蒸发器的正常供液，扩展了机组的应用范围，且提升了补气阀的控制精度；另外，采用电动补气阀保证机组在各种工况下的正常启动，增加了机组的可靠性。

附图说明

图1为本发明提供实施例冷水机组的结构示意图；

图2为本发明提供实施例的经济器结构示意图；

图3为本发明提供实施例冷水机组控制方法的示意图；

图4为本发明提供实施例的补气阀开度随经济器压力和蒸发器压差变化图；

图中：1、压缩机，2、冷凝器，3、一级节流装置，4、经济器，5、二级节流装置，6、蒸发器，7、补气阀支路；4-1、出气口；4-2、进液口；4-3、筒体；4-4、蝶形封头；4-5、出液口；4-6、防旋涡板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明提供了一种带补气阀的二级节流冷水机组，包括依次相连的压缩机1、冷凝器2、一级节流装置3、经济器4、二级节流装置5和蒸发器6；压缩机可以采用二级压缩机或多级压缩机。在所述经济器与压缩机之间还设有补气阀支路7，所述一级节流装置与二级节流装置均采用电动蝶阀。本发明在节流装置电动蝶阀的调节过程中采用位置式调节，基于冷凝器实际液位和目标液位的偏差实时动作；当偏差较大时节流装置电动蝶阀的动作幅度大，避开反向间隙的影响；当偏差较小时，节流装置电动蝶阀的动作幅度小，动作速度快，防止阀应超调导致液位震荡，从而保证冷凝器液位快速稳定。由本装置于在节流装置电动蝶阀的调节过程中采用位置式调节，相较于传统机组，本发明经济器内部取消浮球阀，从而降低了经济器的加工工时和经济器的高度、减少了经济器内冷媒的充注量、降低冷媒成本、以及避免了因经济器导致整体机组高度升高增加运输成本的风险。

在一些实施例中，冷凝器和经济器内设置液位传感器；在压缩机排气管上设置有用于测量冷凝器实时压力的第一压力传感器；在经济器筒体顶部设置有用于测量经济器实时压力的第二压力传感器；在压缩机吸气管上设置有用于测量蒸发器实时压力的第三传感器。

在上述一些实施例中，一级节流装置的开度L

在上述一些实施例中，二级节流装置的开度L

二级节流装置的开度L

F(K(L

F(K(L

K(L

K(L

其中P

M

在上述的一些实施例中，如图4所示，经济器包括筒体4-3，设在筒体上部的出气口4-1、筒体侧壁的进液口4-2、筒体底部的蝶形封头4-4、蝶形封头中部的出液口4-5、以及出液口上部的防旋涡板4-6。由于一级、二级节流装置采用电动蝶阀，且电动蝶阀的开度通过采用位置式调节，不需要在经济器中设置浮球阀，简化了经济器的结构，降低了经济器的高度和冷媒的使用量。

双极压缩离心冷机组启动过程中，蒸发压力持续低的主要原是因为初始启动时IGV的开度较小(启动时压缩机的IGV初始开度过大会导致启动电流过大，存在超出启动最大启动电流风险)，蒸发器输出的冷媒经节流后压力大大降低，导致压缩机的吸入大的冷媒压力低，最终导致冷媒经一级压缩机压缩后的中间压力较低，使经济器中的液态冷媒较难进入到蒸发器，导致蒸发器缺液。因此，在启动初始如果补气阀处于关闭状态，经济器的压力将不再受压缩机中间补气的影响，经济器压力会慢慢升高保证到蒸发器的正常供液。当压缩机的IGV开度增大时，节流效应会减弱，压缩机吸气压力会缓慢升高，此时补气阀的开度随经济器和蒸发器的压差变化调节开度。

为了实现上述功能，如图2所示，本发明还提供了一种带补气阀的二级节流冷水机组的控制方法，该方法用于控制上述一些实施例中提供的带补气阀的二级节流冷水机组，包括下所步骤：

步骤一：检测压缩机的IGV、经济器压力、蒸发压力；压缩机的IGV通过IGV位置传感器采集获得；经济器压力、蒸发压力通过设置在机组内的压力传感器采集获得。

步骤二：判断压缩机的状态，若压缩机处于运行状态则计算补气阀的开度并对补气阀执行该开度，若压缩机处于启动阶段则进行下一步。

步骤三：判断压缩机启动时间，若压缩机启动时间达到预定值则计算补气阀的开度并执行，若压缩机启动时间没达到预定值则进行下一步。

步骤四：判断压缩机的IGV，若压缩机的IGV达到预定值则计算补气阀的开度并执行，若压缩机的IGV没达到预定值则补气阀保持关闭。

在上述的一些实施例中，压缩机启动时间的预定值取值范围是3～8min(本实施例选取5min)。压缩机IGV的预定值是5％～20％(本实施例选取10％)。补气阀驱动方式采用电机驱动，补气阀的开度由经济器压力与蒸发器之间的压差压力信号转化为控制信号控制补气阀的开度。如图3所示，提供了一个补气阀开度随经济器压力和蒸发器压差变化的示例。

以上实例仅用于本发明的设计思想和特点，其目的在与使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施实例。所以，凡依据本发明所揭示的远离、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。