一种基于数据驱动和模型的制冷系统制冷剂泄漏探测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于数据驱动和模型的制冷系统制冷剂泄漏探测方法，涉及制冷剂泄漏探测领域，包括如下步骤：(1)在制冷系统中设置温度测点；(2)分别建立换热器分区、压缩机和连接管路的制冷剂质量理论模型；(3)当制冷系统含闪发器时，建立闪发器制冷剂质量计算的局部加权线性回归模型；(4)获得温度测点数据输入换热器分区、压缩机和连接管路制冷剂质量理论模型以及闪发器制冷剂质量计算的局部加权线性回归模型，累加得到系统的制冷剂质量；(5)根据制冷系统的所述制冷剂质量与所述制冷系统的初始充注量进行比对。该方法可节省泄漏探测所需数据量，准确判断制冷系统是否发生泄漏并计算泄漏量。

A Refrigerant Leakage Detection Method for Refrigeration System Based on Data Driven and Model

The invention discloses a refrigerant leakage detection method for refrigeration system based on data drive and model, which relates to the field of refrigerant leakage detection, including the following steps: (1) setting temperature measuring points in refrigeration system; (2) establishing refrigerant quality theoretical models for heat exchanger zoning, compressor and connecting pipes; (3) establishing refrigerant quality of flash when refrigeration system contains flash. The local weighted linear regression model for quantity calculation; (4) the theoretical model of refrigerant quality for heat exchanger partition, compressor and connecting pipeline and the local weighted linear regression model for flash refrigerant quality calculation are obtained, and the refrigerant quality of the system is accumulated; (5) the refrigerant quality of the refrigeration system is calculated according to the refrigerant quality of the refrigeration system and the initial charge of the refrigeration system. Comparison. This method can save the amount of data needed for leak detection, accurately judge whether the refrigeration system has leaked and calculate the leakage.

【技术实现步骤摘要】
一种基于数据驱动和模型的制冷系统制冷剂泄漏探测方法
本专利技术涉及制冷剂泄漏探测领域，尤其涉及一种基于数据驱动和模型的制冷系统制冷剂泄漏探测方法。
技术介绍
制冷系统随着产品使用年限的增加，系统内的制冷剂可能会发生泄漏。制冷剂泄漏10％，产品性能最多可下降27％。制冷剂泄漏所带来的制冷系统性能下降，会使被冷却环境或设备工作温度不断上升，最终导致被冷却设备功耗增大，可能造成系统停机等严重后果。因此为了避免因制冷剂泄漏引起的系统故障，建立精准的制冷系统制冷剂泄漏探测方法，对于制冷系统的故障监测及故障隔离具有十分重要的意义。已有的制冷系统制冷剂泄漏探测方法分为直接测量法及预测法。直接测量法主要包括肥皂水检漏、气泡检漏法、卤素仪检漏法及氦质谱仪检漏法。直接测量法存在需人工干预、测量操作影响系统性能等缺点，因此直接测量法的应用范围有限。制冷剂泄漏的预测法主要为基于数据驱动的方法，包括虚拟传感器、神经网络和支持向量机等。该类方法通过采集大量数据、提取特征值进行模型的学习，再输入数据到模型中进行整个系统内制冷剂泄漏的分类判断。仅使用数据驱动的系统探测方法往往需要较大的数据量及较好的超参数选择才能学习出误差较低的模型。而对于运行环境复杂、实际故障运行数据少、数据获取代价高的制冷系统，该特点限制了可获得的数据集大小。因此仅使用数据驱动的预测方法适用范围有限。若制冷系统中含有闪发器或储液罐，如中间补气型热泵系统、大型商用制冷系统等，在该类部件中的制冷剂以两相存在，且制冷剂液位难以测量，无法建立该部件中制冷剂质量计算的准确理论模型。因此仅基于理论模型的泄漏探测方法不适用于该类制冷系统。本专利技术要解决的问题是如何利用少量运行数据建立准确的制冷系统制冷剂泄漏探测方法。因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于数据驱动和模型的制冷系统制冷剂泄漏探测方法。该方法可节省泄漏探测所需数据量，准确判断制冷系统是否发生泄漏并计算泄漏量。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何利用少量运行数据建立准确的制冷系统制冷剂泄漏探测方法。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于数据驱动和模型的制冷系统制冷剂泄漏探测方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在制冷系统中设置温度测点，读取实验工况数据；(2)建立基于温度信号的换热器分区制冷剂质量理论模型、基于理论和显式表达式的压缩机制冷剂质量理论模型、基于理论和显式表达式的连接管路制冷剂质量理论模型；(3)当制冷系统含闪发器时，建立基于数据驱动的闪发器制冷剂质量计算的局部加权线性回归模型；(4)获得所述温度测点的数据后，输入所述基于温度信号的换热器分区制冷剂质量理论模型、所述基于理论和显式表达式的压缩机制冷剂质量理论模型、所述基于理论和显式表达式的连接管路制冷剂质量理论模型和所述基于数据驱动的闪发器制冷剂质量计算的局部加权线性回归模型中，累加得到所述制冷系统的制冷剂质量；(5)根据所述制冷系统的所述制冷剂质量与所述制冷系统的初始充注量进行比对。进一步地，所述步骤(1)中的所述温度测点设置在所述压缩机、所述连接管路和所述闪发器的进口、出口和所述换热器分区的沿程。进一步地，蒸发器的所述制冷剂质量包括所述蒸发器的进口的状态点和出口的状态点，以及所述蒸发器内两相区终止的状态点，由如下公式表示：meavp＝ft(Tx...Tx+N,Ty)＝ft(X5,X6,X7)冷凝器的所述制冷剂质量包括所述冷凝器的进口的状态点、出口的状态点和所述冷凝器内两相区的起始的状态点、终止的状态点，由如下公式表示：mcond＝ft(Ti,Tj...Tj+M,Tk)＝ft(X1,X2,X3,X4)所述状态点的参数根据所述温度测点，由如下公式表示：Xi＝(Ti,hi,Xi,ρi),i＝1,2,...,7其中，所述X1为所述冷凝器的所述进口的所述状态点，所述X2为所述冷凝器内的所述两相区的所述起始的所述状态点，所述X3为所述冷凝器内的所述两相区的所述终止的所述状态点，所述X4为所述冷凝器的所述出口的所述状态点，所述X5为所述蒸发器的所述进口的所述状态点，所述X6为所述蒸发器的所述两相区的所述终止的所述状态点，所述X7为所述蒸发器的所述出口的所述状态点，所述h为所述状态点的焓值，所述X为所述状态点的干度，所述ρ为所述状态点的焓值；所述X1与所述X2之间、所述X6与所述X7之间为过热区，所述X3与所述X4之间为过冷区，属于单相区，其中，所述制冷剂质量由如下公式表示：其中，所述msh为所述过热区的所述制冷剂质量，所述msc为所述过冷区的所述制冷剂质量，所述ρsh为所述过热区的制冷剂密度，所述ρsc为所述过冷区的所述制冷剂密度，V为所述过热区或所述过冷区的体积；对于所述两相区内的所述制冷剂质量，采用Hughmark模型计算，所述过热区或所述过冷区的体积由所述过热区或所述过冷区的长度和横截面积的乘积计算得到，由如下公式表示：Vj＝AjLj其中，所述r为所述制冷剂；所述a为空气；所述in为进口；所述out为出口。进一步地，所述步骤(2)中的所述基于理论和显式表达式的压缩机制冷剂质量理论模型的计算如下：所述压缩机内的制冷剂包括冷冻油中的所述制冷剂、所述储液器中的所述制冷剂和壳体空腔中的所述制冷剂，由如下公式表示：mcomp＝mr_oil+mr_shell+mr_accum＝ft(Tp,Tq)其中，所述mcomp为所述压缩机内的所述制冷剂总质量，单位为g；所述mr_oll为所述冷冻油中的所述制冷剂质量，单位为g；所述mr_shell为所述壳体空腔中的所述制冷剂质量，单位为g；所述mr_accum为所述储液器中的所述制冷剂质量，单位为g；p为所述压缩机的入口的所述温度测点；q为所述压缩机的出口的所述温度测点；所述冷冻油中的所述制冷剂质量由所述冷冻油质量和所述制冷剂在油中的溶解度计算得到，由如下公式表示：s＝f(Tcom,Pc)＝ft(Tp,Tq,Tc)moil＝ρoilVoil＝ft(Tp,Tq)其中，所述s为所述制冷剂的溶解度，所述moil为所述冷却油的质量，所述Tcom为所述压缩机的温度，所述Pc为冷凝压力，所述ρoil为所述冷却油密度，所述Voil为所述冷却油的体积；所述储液器和所述壳体空腔中的所述制冷剂质量可由容器体积和所述制冷剂密度计算得到，由如下公式表示：mr_accum＝ρin·Vaccum＝ft(Tp)mr_shell＝ρout·Vshell＝ft(Tq)其中，所述Vaccum和所述Vshell分别为所述储液器和所述壳体空腔的容积，所述ρin和所述ρout分别为所述压缩机的所述入口和所述出口的制冷剂密度。进一步地，所述步骤(2)中的所述基于理论和显式表达式的连接管路制冷剂质量理论模型的计算如下：所述连接管路内的所述制冷剂质量由所述连接管路内制冷剂的密度计算得到，由如下公式表示：mpipe,j＝ft(ρpipe,j)＝ft(Tpipe,j)＝ρpipe,j·Lpipe,j·(πd2)/4其中，所述mpipe为所述连接管路内的所述制冷剂质量，所述Lpipe为所述连接管路的长度，所述d为所述连接管路的直径，所述ρpipe,j为第j个所述连接管路的所述制冷剂的密度。进一步地，所述步骤(3)中的所述基于数据驱动的闪发器制冷剂质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于数据驱动和模型的制冷系统制冷剂泄漏探测方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在制冷系统中设置温度测点，读取实验工况数据；(2)建立基于温度信号的换热器分区制冷剂质量理论模型、基于理论和显式表达式的压缩机制冷剂质量理论模型、基于理论和显式表达式的连接管路制冷剂质量理论模型；(3)当制冷系统含闪发器时，建立基于数据驱动的闪发器制冷剂质量计算的局部加权线性回归模型；(4)获得所述温度测点的数据后，输入所述基于温度信号的换热器分区制冷剂质量理论模型、所述基于理论和显式表达式的压缩机制冷剂质量理论模型、所述基于理论和显式表达式的连接管路制冷剂质量理论模型和所述基于数据驱动的闪发器制冷剂质量计算的局部加权线性回归模型中，累加得到所述制冷系统的制冷剂质量；(5)根据所述制冷系统的所述制冷剂质量与所述制冷系统的初始充注量进行比对。

【技术特征摘要】
1.一种基于数据驱动和模型的制冷系统制冷剂泄漏探测方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在制冷系统中设置温度测点，读取实验工况数据；(2)建立基于温度信号的换热器分区制冷剂质量理论模型、基于理论和显式表达式的压缩机制冷剂质量理论模型、基于理论和显式表达式的连接管路制冷剂质量理论模型；(3)当制冷系统含闪发器时，建立基于数据驱动的闪发器制冷剂质量计算的局部加权线性回归模型；(4)获得所述温度测点的数据后，输入所述基于温度信号的换热器分区制冷剂质量理论模型、所述基于理论和显式表达式的压缩机制冷剂质量理论模型、所述基于理论和显式表达式的连接管路制冷剂质量理论模型和所述基于数据驱动的闪发器制冷剂质量计算的局部加权线性回归模型中，累加得到所述制冷系统的制冷剂质量；(5)根据所述制冷系统的所述制冷剂质量与所述制冷系统的初始充注量进行比对。2.如权利要求1所述的基于数据驱动和模型的制冷系统制冷剂泄漏探测方法，其特征在于，所述步骤(1)中的所述温度测点设置在所述压缩机、所述连接管路和所述闪发器的进口、出口和所述换热器分区的沿程。3.如权利要求1所述的基于数据驱动和模型的制冷系统制冷剂泄漏探测方法，其特征在于，所述步骤(2)中的所述基于温度信号的换热器分区制冷剂质量理论模型的计算如下：蒸发器的所述制冷剂质量包括所述蒸发器的进口的状态点和出口的状态点，以及所述蒸发器内两相区终止的状态点，由如下公式表示：meavp＝ft(Tx...Tx+N,Ty)＝ft(X5,X6,X7)冷凝器的所述制冷剂质量包括所述冷凝器的进口的状态点、出口的状态点和所述冷凝器内两相区的起始的状态点、终止的状态点，由如下公式表示：mcond＝ft(Ti,Tj...Tj+M,Tk)＝ft(X1,X2,X3,X4)所述状态点的参数根据所述温度测点，由如下公式表示：Xi＝(Ti,hi,Xi,ρi),i＝1,2,...,7其中，所述X1为所述冷凝器的所述进口的所述状态点，所述X2为所述冷凝器内的所述两相区的所述起始的所述状态点，所述X3为所述冷凝器内的所述两相区的所述终止的所述状态点，所述X4为所述冷凝器的所述出口的所述状态点，所述X5为所述蒸发器的所述进口的所述状态点，所述X6为所述蒸发器的所述两相区的所述终止的所述状态点，所述X7为所述蒸发器的所述出口的所述状态点，所述h为所述状态点的焓值，所述X为所述状态点的干度，所述ρ为所述状态点的焓值；所述X1与所述X2之间、所述X6与所述X7之间为过热区，所述X3与所述X4之间为过冷区，属于单相区，其中，所述制冷剂质量由如下公式表示：其中，所述msh为所述过热区的所述制冷剂质量，所述msc为所述过冷区的所述制冷剂质量，所述ρsh为所述过热区的制冷剂密度，所述ρsc为所述过冷区的所述制冷剂密度，V为所述过热区或所述过冷区的体积；对于所述两相区内的所述制冷剂质量，采用Hughmark模型计算，所述过热区或所述过冷区的体积由所述过热区或所述过冷区的长度和横截面积的乘积计算得到，由如下公式表示：Vj＝AjLj其中，所述r为所述制冷剂；所述a为空气；所述in为进口；所述out为出口。4.如权利要求1所述的基于数据驱动和模型的制冷系统制冷剂泄漏探测方法，其特征在于，所述步骤(2)中的所述基于理论和显式表达式的压缩机制冷剂质量理论模型的计算如下：所述压缩机内的制冷剂包括冷冻油中的所述制冷剂、所述储液器中的所述制冷剂和壳体空腔中的所述制冷剂，由如下公式表示：mcomp＝mr_oil+mr_shell+mr_accum＝ft(Tp,Tq)其中，所述mcomp为所述压缩机内的所述制冷剂总质量，单位为g；所述mr_oll为所述冷冻油中的所述制冷剂质量，单位为g；所述mr_shell为所述壳体空腔中的所述制冷剂质量，单位为g；所述mr_accum为所述储液器中的所述制冷剂质量，单位为g；p为所述压缩机的入口的所述温度测点；q为所述压缩机的出口的所述温度测点；所述冷冻油中的所述制冷剂质量由所述冷冻油质量和所述制冷剂在油中的溶解度计算得到，由如下公式表示：s＝f(Tcom,Pc)＝ft(Tp,Tq,Tc)moil＝ρoilVoil...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡海涛，孙浩然，李浩，吴成云，王旭阳，吕中原，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31