一种冷水机组及其补气调节方法

技术领域

本发明涉及空调设备技术领域，尤其是涉及一种冷水机组及其补气调节方法。

背景技术

目前，离心式冷水机组绝大部分都采用双级压缩机。为进一步提高机组运行能效，设置有中间经济器(即闪发器)。冷凝器底部的液态冷媒经过一级节流后进入闪发器，其中，闪发器的液体冷媒经过第二次节流后进入蒸发器，气体冷媒直接补入压缩机的二级叶轮再进行压缩。由于从闪发器中补进压缩机的这部分气体没有经过一级叶轮压缩，所以，节省了这一部分压缩机功耗，提高了机组的能效。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：

现有的双级压缩离心式冷水机组对于补气没有进行可调控制，气体冷媒直接从闪发器中补入压缩机的二级叶轮进行压缩，虽然提高了机组运行能效，但也存在一些不足之处：(1)压缩机启动过程二级叶轮气体冷媒流量增加，容易造成电机带载启动，导致启动电流加大；(2)从闪发器中补入压缩机的气体冷媒难免会带有一些液滴，补气量过大时，容易造成压缩机补气带液，反而增加了压缩机的功耗，而且容易对压缩机叶轮造成损害；(3)冷水机组在部分负荷运行时，若压缩机补气量较多，会导致压缩机一级叶轮和二级叶轮的流量差别大，两级叶轮压比不匹配，无法达到最高效运行；(4)冷水机组在低负荷运行时，中间补气较多时不利于冷水机组的能力卸载，缩小机组调节范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冷水机组及其补气调节方法，以解决现有技术中存在的冷水机组对于补气没有进行可调控制的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种冷水机组，包括双级压缩机、冷凝器、闪发器和蒸发器，所述闪发器与所述双级压缩机之间设置有补气管，所述补气管的出口连通于所述双级压缩机的一级叶轮与二级叶轮之间，所述补气管中设置有调节阀；且所述冷凝器内设置有第一压力传感器，所述蒸发器内设置有第二压力传感器，所述闪发器内设置有第三压力传感器。

可选地，所述双级压缩机的排气管上设置有温度传感器。

可选地，所述调节阀为电动蝶阀、电子膨胀阀或电磁阀。

本发明提供的一种补气调节方法，用于控制调节以上任一所述的冷水机组的补气过程，该方法包括启动调节步骤和补气量调节步骤，通过所述启动调节步骤避免电机带载启动。

可选地，所述启动调节步骤包括：

在机组启动前，将所述调节阀关闭。

可选地，所述补气量调节步骤包括：

根据排气过热度Tg与最小过热度Tm的关系调节所述调节阀的开度；

根据所述双级压缩机的导叶开度与最小运行开度的关系调节所述调节阀的开度；

根据闪发压力Ps与中间压力Pz的关系调节所述调节阀的开度。

可选地，所述根据排气过热度Tg与最小过热度Tm的关系调节所述调节阀的开度包括：

A1、测量双级压缩机的排气温度Tp；

A2、测量冷凝压力Pc，并根据该压力值对应制冷剂在饱和状态下的物性参数计算得出冷凝温度Tc；

A3、根据压缩机排气温度Tp和冷凝温度Tc计算双级压缩机的排气过热度Tg；

A4、比较排气过热度Tg与最小过热度Tm；当Tg≤Tm，调小所述调节阀的开度；当Tg＞Tm，调大所述调节阀的开度。

可选地，所述根据所述双级压缩机的导叶开度与最小运行开度的关系调节所述调节阀的开度包括：

当双级压缩机的导叶开度≤最小运行开度时，调小所述调节阀的开度；当双级压缩机的导叶开度＞最小运行开度时，调大所述调节阀的开度。

可选地，所述根据闪发压力Ps与中间压力Pz的关系调节所述调节阀的开度包括：

当闪发压力Ps≤中间压力Pz，调小所述调节阀的开度；

当闪发压力Ps>中间压力Pz，调大所述调节阀的开度。

可选地，所述补气量调节步骤包括以下步骤：

S1、比较排气过热度Tg和最小过热度Tm的关系：

S11、当Tg≤Tm时，则调小所述调节阀的开度，并返回S1重新比较；

S12、当Tg＞Tm时，进入下一步骤；

S2、比较所述双级压缩机的导叶开度和最小运行开度：

S21、当压缩机的导叶开度≤最小运行开度时，调小所述调节阀的开度，减小压缩机补气量，并返回S1重新比较；

S22、当压缩机的导叶开度＞最小运行开度时，进入下一步骤；

S3、比较闪发压力Ps和中间压力Pz的关系：

S31、当Ps≤Pz时，调小所述调节阀的开度，并返回S1重新比较；

S32、当Ps＞Pz时，调大所述调节阀的开度，并返回S1重新比较。

本发明提供的一种冷水机组及其补气调节方法，冷水机组包括双级压缩机、冷凝器、闪发器和蒸发器，闪发器与双级压缩机之间设置有补气管，补气管的出口连通于双级压缩机的一级叶轮与二级叶轮之间，补气管中设置有调节阀；且冷凝器内设置有第一压力传感器，蒸发器内设置有第二压力传感器，闪发器内设置有第三压力传感器；机组正常运行时通过比较闪发压力(第三压力传感器测得压力)和中间压力(由第一压力传感器和第二压力传感器测得压力计算得出)来控制调节阀，如果闪发压力小于等于中间压力则关小调节阀，减小补气量，如果闪发压力大于中间压力则开大调节阀，增加补气量，使一级叶轮和二级叶轮的压比更加匹配，提高了冷水机组的运行能效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种冷水机组的补气控制系统原理图；

图2是启动调节步骤的补气控制流程示意图；

图3是本发明提供的一种冷水机组的补气调节方法的控制流程示意图。

图中1、双级压缩机；11、温度传感器；12、一级叶轮；13、二级叶轮；2、蒸发器；21、第二压力传感器；3、冷凝器；31、第一压力传感器；4、闪发器；41、第三压力传感器；5、调节阀。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本发明提供了一种冷水机组，包括双级压缩机1、冷凝器3、闪发器4和蒸发器2，闪发器4与双级压缩机1之间设置有补气管，补气管的出口连通于双级压缩机1的一级叶轮12与二级叶轮13之间，补气管中设置有调节阀5，调节阀5为电动蝶阀、电子膨胀阀或电磁阀；且冷凝器3内设置有第一压力传感器31，蒸发器2内设置有第二压力传感器21,闪发器4内设置有第三压力传感器41。

机组正常运行时通过比较闪发压力和中间压力来控制调节阀5，如果闪发压力小于等于中间压力则关小调节阀5，减小补气量，如果闪发压力大于中间压力则开大调节阀5，增加补气量，使一级叶轮12和二级叶轮13的压比更加匹配，提高了冷水机组的运行能效。

图1给出了本发明具体实施方式提供的一种冷水机组补气控制原理图。该冷水机组的补气控制系统包括双级压缩机1、蒸发器2、冷凝器3、闪发器4和调节阀5，本实施方式中调节阀5为电动蝶阀。双级压缩机1包括一级叶轮12和二级叶轮13。双级压缩机1的排气管上安装有温度传感器11，用于检测压缩机排气温度，用Tp表示(单位为℃)。设置于蒸发器2内部的第二压力传感器21用于检测蒸发器压力，用Pe表示(单位为kPa)；设置于冷凝器内部的第一压力传感器31，用于检测冷凝器压力，用Pc表示(单位为kPa)；设置于闪发器4内部的第三压力传感器41用于检测闪发器压力，用Ps表示(单位为kPa)。补气电动蝶阀用于调节从闪发器4补入双级压缩机1的二级叶轮的气体冷媒流量。

在具体实施时，电动蝶阀的数量可以为一个，可以是多个，本领域技术人员可以根据实际需要，设置不同数量的补气电动蝶阀。电动蝶阀也可为电子膨胀阀或电磁阀，本领域技术人员可以根据实际需要设置不同数量的补气电子膨胀阀或电磁阀。

如图1所示，冷凝器3底部的液态冷媒经过一级节流后进入闪发器4，闪发后的液体冷媒经过第二次节流后进入蒸发器2换热，气体冷媒直接补入双级压缩机1的二级叶轮13，与一级叶轮12排出的气体冷媒混合进行压缩。其中，在闪发器4至压缩机的补气管上设有电动蝶阀，通过调节电动蝶阀的开度来控制压缩机的补气量。

本发明提供了一种补气调节方法，用于控制调节以上任一的冷水机组的补气过程，该方法包括启动调节步骤和补气量调节步骤，通过对启动调节步骤的控制避免电机带载启动。

如图2所示，双级压缩机1受到启动命令后，同时微控制系统给电动蝶阀发出关闭命令，即当冷水机组收到启动命令时，先关闭电动蝶阀，阻止闪发器4中的气体冷媒补入双级压缩机1的二级叶轮13，从而避免了双级压缩机1的电机带载启动。

补气量调节步骤包括：

根据排气过热度Tg与最小过热度Tm的关系调节调节阀5的开度；

根据双级压缩机1的导叶开度与最小运行开度的关系调节调节阀5的开度；

根据闪发压力Ps与中间压力Pz的关系调节调节阀5的开度。通过第一压力传感器和第二压力传感器测得的压力计算所得系统中间压力值等同于压缩机一级叶轮和二级叶轮之间的中间压力Pz，可用于表征该中间压力Pz。

在具体实施时，冷凝压力Pc，由第一压力传感器31测得，并将压力值信号传到冷水机组微控制系统，根据R134a制冷剂在饱和状态下的物性参数计算出冷凝温度Tc(单位为℃)。设定压缩机排气过热度为Tg(单位为℃)，根据压缩机排气温度Tp和冷凝温度Tc计算得出，即Tg＝Tp-Tc；设定最小排气过热度为Tm(单位为℃)，根据排气过热度Tg与最小排气过热度Tm的关系，判定双级压缩机1是否带液运行，调节电动蝶阀，避免压缩机补气带液运行。

在具体实施时，根据冷水机组微控制系统中的压缩机导叶开度和最小运行开度，判定压缩机是否在低负荷状态运行，调节电动蝶阀的开度，减小压缩机补气量，拓宽冷水机组的调节范围。

冷水机组压缩机的中间压力为Pz(单位为kPa)，由蒸发压力Pe和冷凝压力Pc计算得出，即

图3为冷水机组的补气控制方法的流程图，该冷水机组补气调节方法包括：

第一步，比较压缩机排气过热度Tg和最小过热度Tm的关系，进而调节调节阀5的开度。

当Tg≤Tm时，判定压缩机为带液运行，则关小电动蝶阀，减小压缩机补气量，并返回第一步重新比较；当Tg＞Tm时，判定压缩机为正常运行，进入下一步。

第二步，比较冷水机组的压缩机导叶开度和最小运行开度，根据两者的大小关系来调节电动蝶阀的开度，以调节压缩机补气量。

当压缩机导叶开度≤最小运行开度时，判定压缩机低负荷运行状态，关小电动蝶阀，减小压缩机补气量，并返回第一步重新比较，以此实现循环；当压缩机导叶开度＞最小运行开度时，判定压缩机为正常运行状态，进入下一步。

第三步，比较冷水机组闪发压力Ps和系统中间压力Pz的关系，根据两者的大小关系来调节电动蝶阀的开度，以调节压缩机补气量。

当Ps≤Pz时，关小电动蝶阀，减小压缩机补气量，并返回第一步重新比较，以此实现循环；当Ps＞Pz时，开大电动蝶阀的开度，增加压缩机补气量，并返回第一步重新判定，以此实现循环。

在具体实施时，最小排气过热度的设定范围为1-4℃，最小导叶开度的设定范围为10％-50％，本领域技术人员可以根据实际需要进行设定。

通过在闪发器4至压缩机的补气管上增加电动蝶阀，以调节压缩机的补气量。进一步地，在冷水机组启动过程，先关闭电动蝶阀，再开启压缩机，避免电机带载启动。进一步地，在冷水机组运行过程中，根据压缩机排气过热度优先调节压缩机补气量，防止压缩机补气带液运行。进一步地，根据压缩机导叶开度来判定是否在低负荷状态运行，通过减小压缩机的补气量，拓宽冷水机组调节范围。进一步地，根据闪发压力和中间压力的关系，调节压缩机补气量，使一级叶轮12和二级叶轮13的压比更加匹配，提高冷水机组的运行能效。

本发明根据冷水机组的运行状态来调节补气量，优先保证机组运行可靠性的前提下，再进一步拓宽机组调节范围和提高机组运行能效。当压缩机出现带液(即排气过热度过低)运行时，关小电动蝶阀以减小压缩机补气量，解决压缩机补气带液。特别是冷水机组在低负荷运行时，通过减小压缩机补气量进一步降低机组负荷，拓宽机组能力调节范围，提高冷水机组运行稳定性。正常运行状态下，根据机组的闪发压力和中间压力来调节压缩机补气量，使一级和二级叶轮13压比更加匹配，提高机组运行能效。

在发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，″多个″的含义是两个或两个以上；术语″上″、″下″、″左″、″右″、″内″、″外″、″前端″、″后端″、″头部″、″尾部″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语″第一″、″第二″、″第三″等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语″安装″、″相连″、″连接″应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。