用于控制具有帶有可變速度驅(qū)動器的離心式壓縮機的冷卻器系統(tǒng)的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本文中所公開的實施例總地涉及一種具有離心式壓縮機的供熱、通風和空氣調(diào)節(jié) ("HVAC"）系統(tǒng)、諸如冷卻器系統(tǒng)。更具體地，實施例涉及用于對冷卻器系統(tǒng)進行控制以實 現(xiàn)控制穩(wěn)定性同時維持最佳效率的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 冷卻器系統(tǒng)通常結(jié)合制冷回路的標準部件，以提供冷卻水用于冷卻指定的建筑物 空間。典型的制冷回路包括壓縮制冷劑氣體的壓縮機、將所壓縮的制冷劑冷凝成液體的冷 凝器和利用液態(tài)制冷劑來冷卻水的蒸發(fā)器。冷卻水然后可以用管道輸送到將要冷卻的空 間。
[0003] 利用所謂的離心式壓縮機的冷卻器系統(tǒng)可以通常在尺寸上例如從~100到~ 10, 000冷噸，并且可以在用于大型設施、諸如商業(yè)建筑中時提供特定優(yōu)點和效率。離心式冷 卻器的可靠性可以較高，而維護要求可以較低，因為離心式壓縮通常涉及僅一些機械零件 的純旋轉(zhuǎn)運動。
[0004] 離心式壓縮機通常具有葉輪，該葉輪可以認為是具有許多風扇葉片的風扇。葉輪 通常由管道環(huán)繞。到葉輪的制冷劑流可以由在葉輪的入口處位于管道中的可變?nèi)肟趯蛉~ 片（"IGV"）來控制。入口導向葉片可以相對于流動方向以某一角度運轉(zhuǎn)，并引起制冷劑流 剛好在進入壓縮機葉輪之前形成渦流。入口導向葉片的角度可以相對于制冷劑流動方向是 可變的。當入口導向葉片的角度改變并且入口導向葉片打開和關(guān)閉時，到壓縮機的制冷劑 流可以增加或減少。在許多應用中，入口導向葉片可以在垂直于制冷劑流動方向的完全關(guān) 閉位置到入口導向葉片與制冷劑流對齊的完全打開入口葉片導向位置之間可變九十度。當 冷卻負荷高時，入口導向葉片可以打開以增加抽取通過蒸發(fā)器的制冷劑量，由此增加冷卻 器的運行冷卻容量。
[0005] 為了滿足空氣調(diào)節(jié)空間中的所有需求情況，冷卻器系統(tǒng)可以改變輸出容量。在高 冷卻需求的時候，離心式壓縮機可以以最大負荷或全容量運行。在其它時候，對空氣調(diào)節(jié)的 需要減少，并且離心式壓縮機可以以降低的容量運行。冷卻器系統(tǒng)的輸出于是可以基本上 小于全容量下的輸出。還期望使離心式壓縮機以針對在任何給定時刻所需的容量的最有效 模式運轉(zhuǎn)，以將冷卻器系統(tǒng)的耗電降至針對給定負荷的最低可能量。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)離心式壓縮 機的最有效運轉(zhuǎn)點在稱為浪涌（surge)的情況附近。然而，在浪涌情況下的運轉(zhuǎn)會是不期 望的，因為這會對離心式壓縮機造成損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 提供了用于利用可變速度驅(qū)動器來控制具有離心式壓縮機的冷卻器系統(tǒng)的實施 例。具體地，本文中所公開的實施例涉及用于對冷卻器系統(tǒng)進行控制以實現(xiàn)控制穩(wěn)定性同 時維持最佳效率的方法和系統(tǒng)。
[0007] 如上所述，當在稱為浪涌的情況附近運轉(zhuǎn)時，離心式冷卻器最有效。在到達用于期 望的冷卻輸出的點的浪涌時，直接在葉輪的出口處的制冷劑與在葉輪的入口處的制冷劑之 間的壓差巨大。在這種情況下，制冷劑將會浪涌，首先向后然后向前流過離心式壓縮機。這 會產(chǎn)生不穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)情況。
[0008] 在一些實施例中，提供了用于對冷卻器系統(tǒng)進行控制以實現(xiàn)控制穩(wěn)定性同時維持 最佳效率的方法和系統(tǒng)。具體地，用于控制離心式壓縮機速度和入口導向葉片位置的方法 和系統(tǒng)，其中離心式壓縮機速度和入口導向葉片位置在控制路徑中建立了三個截然不同的 區(qū)域：（i)在從全負荷的初始卸載期間，入口導向葉片位置保持在完全打開位置處，而離心 式壓縮機速度改變，以實現(xiàn)期望的冷卻容量；（ii)在轉(zhuǎn)折點與轉(zhuǎn)變點之間，保持離心式壓 縮機速度恒定，而入口導向葉片位置改變，以實現(xiàn)期望的冷卻容量；以及（iii)在轉(zhuǎn)變點 與零冷卻容量之間，改變?nèi)肟趯蛉~片位置和離心式壓縮機速度兩者以實現(xiàn)期望的冷卻容 量。
[0009] 在一些實施例中，期望的容量命令由冷卻器控制單元的容量控制部件確定?；?由容量控制部件所確定的期望的容量命令，致動器控制部件確定離心式壓縮機的離心式壓 縮機速度和入口導向葉片位置以實現(xiàn)冷卻器系統(tǒng)的最佳效率。
[0010] 在一些實施例中，期望的容量命令可以基于蒸發(fā)器離開水溫測量和蒸發(fā)器進入水 溫測量。
[0011] 而且，在一些實施例中，離心式壓縮機的速度和入口導向葉片位置可以基于期望 的容量命令、蒸發(fā)器離開水溫、冷凝器進入水溫、飽和的蒸發(fā)器溫度和冷凝器壓力來確定。
[0012] 另外，在一些實施例中，離心式壓縮機和入口導向葉片位置可以基于三級控制過 程來確定，由此冷卻器控制單元最初通過經(jīng)由可變速度驅(qū)動器（VSD)(例如，可變頻率驅(qū)動 器（"VFD")）使離心式壓縮機速度以最大離心式壓縮機速度開始并將入口導向葉片位置設 定在完全打開的入口導向葉片位置處而使冷卻器系統(tǒng)運轉(zhuǎn)。然后，通過改變離心式壓縮機 速度同時保持入口導向葉片位置完全打開直至期望的冷卻器容量降至轉(zhuǎn)變點T*之下，可 以到達期望的歸一化的冷卻器容量。當期望的歸一化的冷卻器容量降至轉(zhuǎn)變點T*之下，通 過改變?nèi)肟趯蛉~片位置同時保持離心式壓縮機速度恒定直至期望的歸一化的冷卻器容 量降至轉(zhuǎn)折點C*之下，可以到達期望的歸一化的冷卻器容量。當期望的歸一化的冷卻器容 量降至轉(zhuǎn)折點C*之下時，通過同時改變離心式壓縮機速度和入口導向葉片位置，可以到達 期望的歸一化的冷卻器容量。
[0013] 在另一實施例中，離心式壓縮機和入口導向葉片位置可以基于二級控制過程來確 定，由此冷卻器控制單元最初通過經(jīng)由VSD將離心式壓縮機速度設定在最大離心式壓縮機 速度處并將入口導向葉片位置設定在完全打開的入口導向葉片位置處而使冷卻器系統(tǒng)運 轉(zhuǎn)。然后，通過改變離心式壓縮機速度同時保持入口導向葉片位置完全打開直至期望的歸 一化的冷卻器容量降至轉(zhuǎn)折點C*之下，可以到達期望的歸一化的冷卻器容量。當期望的歸 一化的冷卻器容量降至轉(zhuǎn)折點C*之下時，通過同時改變離心式壓縮機速度和入口導向葉 片位置，可以到達期望的歸一化的冷卻器容量。
[0014] 在又一實施例中，離心式壓縮機和入口導向葉片位置可以基于二級控制過程來確 定，由此冷卻器控制單元最初通過經(jīng)由VSD將離心式壓縮機速度設定在最大離心式壓縮機 速度處并將入口導向葉片位置設定在完全打開的入口導向葉片位置處而使冷卻器系統(tǒng)運 轉(zhuǎn)。然后，通過改變離心式壓縮機速度同時保持入口導向葉片位置完全打開直至期望的歸 一化的冷卻器容量降至轉(zhuǎn)變點T*之下，可以到達期望的歸一化的冷卻器容量。當期望的歸 一化的冷卻器容量降至轉(zhuǎn)變點T*之下，通過同時改變離心式壓縮機速度和入口導向葉片 位置，可以到達期望的歸一化的冷卻器容量。
[0015] 相應地，本文中所公開的實施例提供了離心式冷卻器的改善的容量控制系統(tǒng)，其 中離心式壓縮機速度和入口導向葉片位置可以調(diào)整到最有效的運轉(zhuǎn)點，同時避免浪涌情 況。
[0016] 通過以下詳細描述和附圖的考慮，用于對冷卻器系統(tǒng)進行控制以實現(xiàn)控制穩(wěn)定性 同時維持最佳效率的方法和系統(tǒng)的其它特征和方面將會變得顯而易見。
【附圖說明】
[0017] 現(xiàn)在參考附圖，其中相同的參考數(shù)字在全文中表示對應的零件。
[0018] 圖1圖示了根據(jù)一個實施例的冷卻器系統(tǒng)的方框圖。
[0019] 圖2圖示了根據(jù)一個實施例的冷卻器控制單元的方框圖。
[0020] 圖3圖示了根據(jù)一個實施例的用于使冷卻器系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的過程的流程圖。
[0021] 圖4圖示了沿著歸一化的離心式壓縮機速度與期望的歸一化的冷卻器容量C曲線 圖的入口導向葉片曲線。
[0022] 圖5圖示了沿著入口導向位置與壓力系數(shù)曲線圖的浪涌邊界曲線。
[0023] 圖6圖示了沿著歸一化的容量與歸一化的離心式壓縮機速度曲線圖的歸一化的 浪涌曲線。
[0024] 圖7圖示了根據(jù)一個實施例的沿著入口導向位置與壓力系數(shù)曲線圖和歸一化的 容量與歸一化的尚心式壓縮機速度曲線圖的控制路徑。
[0025] 圖8圖示了用于多致動器控制部件根據(jù)第一控制路徑來確定離心式壓縮機速度 和入口導向葉片位置的過程的流程圖。
[0026] 圖9圖示了根據(jù)另一實施例的沿著入口導向位置與壓力系數(shù)曲線圖和歸一化的 容量與歸一化的尚心式壓縮機速度曲線圖的控制路徑。
[0027] 圖10圖示了用于多致動器控制部件根據(jù)第二控制路徑來確定離心式壓縮機速度 和入口導向葉片位置的過程的流程圖。
[0028] 圖11圖示了用于多致動器控制部件根據(jù)第三控制路徑來確定離心式壓縮機速度 和入口導向葉片位置的過程的流程圖。
【具體實施方式】
[0029] 關(guān)于上述描述，應理解，尤其是就所采用的結(jié)構(gòu)材料以及零件的形狀、尺寸和布置 而論，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下可以詳細地進行改變。意圖是，說明書和描述的實施 例僅認為是示例性的，本發(fā)明的實際范圍和精神通過寬泛意義的權(quán)利要求來指出。
[0030] 提供了利用VSD(例如，VFD)來控制具有離心式壓縮機的冷卻器系統(tǒng)的實施例。具 體地，本文中所公開的實施例涉及用于對冷卻器系統(tǒng)進行控制以實現(xiàn)控制穩(wěn)定性同時維持 最佳效率的方法和系統(tǒng)。
[0031] 雖然下面所描述的實施例利用可變頻率驅(qū)動器來控制離心式壓縮機的離心式壓 縮機速度，但是應意識到，其它類型的可變速度驅(qū)動器也可以用來控制離心式壓縮機的離 心式壓縮機速度。
[0032] 圖1圖示了根據(jù)一個實施例的冷卻器系統(tǒng)100