用于控制具有带有可变速度驱动器的离心式压缩机的冷却器系统的方法和系统技术方案

用于对冷却器系统进行控制以实现控制稳定性同时维持最佳效率的方法和系统。具体地，用于控制离心式压缩机速度和入口导向叶片位置的方法和系统，其中离心式压缩机速度和入口导向叶片位置在控制路径中建立了三个截然不同的区域：(i)在从全负荷的初始卸载期间，入口导向叶片位置保持在完全打开位置处，而离心式压缩机速度改变，以实现期望的冷却容量；(ii)在转折点与转变点之间，保持离心式压缩机速度恒定，而入口导向叶片位置改变，以实现期望的冷却容量；以及(iii)在转变点与零冷却容量之间，改变入口导向叶片位置和离心式压缩机速度两者以实现期望的冷却容量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本文中所公开的实施例总地涉及一种具有离心式压缩机的供热、通风和空气调节 ("HVAC"）系统、诸如冷却器系统。更具体地，实施例涉及用于对冷却器系统进行控制以实 现控制稳定性同时维持最佳效率的方法和系统。
技术介绍
冷却器系统通常结合制冷回路的标准部件，以提供冷却水用于冷却指定的建筑物 空间。典型的制冷回路包括压缩制冷剂气体的压缩机、将所压缩的制冷剂冷凝成液体的冷 凝器和利用液态制冷剂来冷却水的蒸发器。冷却水然后可以用管道输送到将要冷却的空 间。 利用所谓的离心式压缩机的冷却器系统可以通常在尺寸上例如从~100到~ 10, 000冷吨，并且可以在用于大型设施、诸如商业建筑中时提供特定优点和效率。离心式冷 却器的可靠性可以较高，而维护要求可以较低，因为离心式压缩通常涉及仅一些机械零件 的纯旋转运动。 离心式压缩机通常具有叶轮，该叶轮可以认为是具有许多风扇叶片的风扇。叶轮 通常由管道环绕。到叶轮的制冷剂流可以由在叶轮的入口处位于管道中的可变入口导向叶 片（"IGV"）来控制。入口导向叶片可以相对于流动方向以某一角度运转，并引起制冷剂流 刚好在进入压缩机叶轮之前形成涡流。入口导向叶片的角度可以相对于制冷剂流动方向是 可变的。当入口导向叶片的角度改变并且入口导向叶片打开和关闭时，到压缩机的制冷剂 流可以增加或减少。在许多应用中，入口导向叶片可以在垂直于制冷剂流动方向的完全关 闭位置到入口导向叶片与制冷剂流对齐的完全打开入口叶片导向位置之间可变九十度。当 冷却负荷高时，入口导向叶片可以打开以增加抽取通过蒸发器的制冷剂量，由此增加冷却 器的运行冷却容量。 为了满足空气调节空间中的所有需求情况，冷却器系统可以改变输出容量。在高 冷却需求的时候，离心式压缩机可以以最大负荷或全容量运行。在其它时候，对空气调节的 需要减少，并且离心式压缩机可以以降低的容量运行。冷却器系统的输出于是可以基本上 小于全容量下的输出。还期望使离心式压缩机以针对在任何给定时刻所需的容量的最有效 模式运转，以将冷却器系统的耗电降至针对给定负荷的最低可能量。已经发现离心式压缩 机的最有效运转点在称为浪涌（surge)的情况附近。然而，在浪涌情况下的运转会是不期 望的，因为这会对离心式压缩机造成损坏。
技术实现思路
提供了用于利用可变速度驱动器来控制具有离心式压缩机的冷却器系统的实施 例。具体地，本文中所公开的实施例涉及用于对冷却器系统进行控制以实现控制稳定性同 时维持最佳效率的方法和系统。 如上所述，当在称为浪涌的情况附近运转时，离心式冷却器最有效。在到达用于期 望的冷却输出的点的浪涌时，直接在叶轮的出口处的制冷剂与在叶轮的入口处的制冷剂之 间的压差巨大。在这种情况下，制冷剂将会浪涌，首先向后然后向前流过离心式压缩机。这 会产生不稳定的运转情况。 在一些实施例中，提供了用于对冷却器系统进行控制以实现控制稳定性同时维持 最佳效率的方法和系统。具体地，用于控制离心式压缩机速度和入口导向叶片位置的方法 和系统，其中离心式压缩机速度和入口导向叶片位置在控制路径中建立了三个截然不同的 区域：（i)在从全负荷的初始卸载期间，入口导向叶片位置保持在完全打开位置处，而离心 式压缩机速度改变，以实现期望的冷却容量；（ii)在转折点与转变点之间，保持离心式压 缩机速度恒定，而入口导向叶片位置改变，以实现期望的冷却容量；以及（iii)在转变点 与零冷却容量之间，改变入口导向叶片位置和离心式压缩机速度两者以实现期望的冷却容 量。 在一些实施例中，期望的容量命令由冷却器控制单元的容量控制部件确定。基于 由容量控制部件所确定的期望的容量命令，致动器控制部件确定离心式压缩机的离心式压 缩机速度和入口导向叶片位置以实现冷却器系统的最佳效率。 在一些实施例中，期望的容量命令可以基于蒸发器离开水温测量和蒸发器进入水 温测量。 而且，在一些实施例中，离心式压缩机的速度和入口导向叶片位置可以基于期望 的容量命令、蒸发器离开水温、冷凝器进入水温、饱和的蒸发器温度和冷凝器压力来确定。 另外，在一些实施例中，离心式压缩机和入口导向叶片位置可以基于三级控制过 程来确定，由此冷却器控制单元最初通过经由可变速度驱动器（VSD)(例如，可变频率驱动 器（"VFD")）使离心式压缩机速度以最大离心式压缩机速度开始并将入口导向叶片位置设 定在完全打开的入口导向叶片位置处而使冷却器系统运转。然后，通过改变离心式压缩机 速度同时保持入口导向叶片位置完全打开直至期望的冷却器容量降至转变点T*之下，可 以到达期望的归一化的冷却器容量。当期望的归一化的冷却器容量降至转变点T*之下，通 过改变入口导向叶片位置同时保持离心式压缩机速度恒定直至期望的归一化的冷却器容 量降至转折点C*之下，可以到达期望的归一化的冷却器容量。当期望的归一化的冷却器容 量降至转折点C*之下时，通过同时改变离心式压缩机速度和入口导向叶片位置，可以到达 期望的归一化的冷却器容量。 在另一实施例中，离心式压缩机和入口导向叶片位置可以基于二级控制过程来确 定，由此冷却器控制单元最初通过经由VSD将离心式压缩机速度设定在最大离心式压缩机 速度处并将入口导向叶片位置设定在完全打开的入口导向叶片位置处而使冷却器系统运 转。然后，通过改变离心式压缩机速度同时保持入口导向叶片位置完全打开直至期望的归 一化的冷却器容量降至转折点C*之下，可以到达期望的归一化的冷却器容量。当期望的归 一化的冷却器容量降至转折点C*之下时，通过同时改变离心式压缩机速度和入口导向叶 片位置，可以到达期望的归一化的冷却器容量。 在又一实施例中，离心式压缩机和入口导向叶片位置可以基于二级控制过程来确 定，由此冷却器控制单元最初通过经由VSD将离心式压缩机速度设定在最大离心式压缩机 速度处并将入口导向叶片位置设定在完全打开的入口导向叶片位置处而使冷却器系统运 转。然后，通过改变离心式压缩机速度同时保持入口导向叶片位置完全打开直至期望的归 一化的冷却器容量降至转变点T*之下，可以到达期望的归一化的冷却器容量。当期望的归 一化的冷却器容量降至转变点T*之下，通过同时改变离心式压缩机速度和入口导向叶片 位置，可以到达期望的归一化的冷却器容量。 相应地，本文中所公开的实施例提供了离心式冷却器的改善的容量控制系统，其 中离心式压缩机速度和入口导向叶片位置可以调整到最有效的运转点，同时避免浪涌情 况。 通过以下详细描述和附图的考虑，用于对冷却器系统进行控制以实现控制稳定性 同时维持最佳效率的方法和系统的其它特征和方面将会变得显而易见。【附图说明】 现在参考附图，其中相同的参考数字在全文中表示对应的零件。 图1图示了根据一个实施例的冷却器系统的方框图。 图2图示了根据一个实施例的冷却器控制单元的方框图。 图3图示了根据一个实施例的用于使冷却器系统运转的过程的流程图。 图4图示了沿着归一化的离心式压缩机速度与期望的归一化的冷却器容量C曲线 图的入口导向叶片曲线。 图5图示了沿着入口导向位置与压力系数曲线图的浪涌边界曲线。 图6图示了沿着归一化的容量与归一化的离心式压缩机速度曲线图的归一化的 浪涌曲线。 图7图示了根据一个实施例的沿着入口导向位置与压力系数曲线图和归一化的 容量与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制冷却器系统的方法，所述冷却器系统包括具有可变速度驱动器的离心式压缩机、冷却器控制单元和一个或更多个入口导向叶片，所述方法包括：所述冷却器控制单元接收第一测量数据和第二测量数据；基于所述第一测量数据确定期望的冷却器容量；基于所述第二测量数据确定离心式压缩机速度和入口导向叶片位置；基于确定的离心式压缩机速度和确定的入口导向叶片位置产生压缩机速度命令和入口导向叶片命令；将所述压缩机速度命令发送到所述离心式压缩机的所述可变速度驱动器，并且将所述入口导向叶片命令发送到所述离心式压缩机，以控制所述一个或更多个入口导向叶片。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·L·西比科，
申请(专利权)人：特灵国际有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US