對(duì)葉輪失速引起的控制不穩(wěn)進(jìn)行檢測(cè)和恢復(fù)的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本文公開的實(shí)施例大體上涉及供熱、通風(fēng)和空調(diào)（"HVAC"）系統(tǒng)，諸如具有離心式 壓縮機(jī)的冷卻器系統(tǒng)。更具體而言，該實(shí)施例涉及用于對(duì)冷卻器系統(tǒng)中的葉輪失速引起的 控制不穩(wěn)定性進(jìn)行檢測(cè)和恢復(fù)的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 冷卻器系統(tǒng)通常包含制冷回路的標(biāo)準(zhǔn)組件，以提供冷卻水用于對(duì)指定建筑空間進(jìn) 行降溫。典型的制冷回路包括壓縮機(jī)，其用于壓縮制冷劑氣體；冷凝器，其用于將壓縮的制 冷劑冷凝成液體；以及蒸發(fā)器，其利用液體制冷劑來對(duì)水進(jìn)行降溫。冷卻的水然后可栗送至 需要降溫的空間。
[0003] 利用所謂的離心式壓縮機(jī)的冷卻器系統(tǒng)在制冷規(guī)模上通常可處于~100噸至~ 10, 000噸的范圍內(nèi)，并且當(dāng)用于例如商業(yè)建筑之類的大型設(shè)施中時(shí)可提供某些優(yōu)勢(shì)和效 率。離心式冷卻器的可靠性可較高，并且維護(hù)要求可較低，因?yàn)殡x心式壓縮通常只涉及僅少 許機(jī)械部件的純旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0004] 離心式壓縮機(jī)通常具有葉輪，所述葉輪可被認(rèn)為是具有許多風(fēng)機(jī)刀片的風(fēng)機(jī)。葉 輪通常被導(dǎo)管圍繞。至葉輪的制冷劑流可由定位在至該葉輪的入口處的導(dǎo)管中的可調(diào)入口 導(dǎo)向葉片（"IGV")進(jìn)行控制。該入口導(dǎo)向葉片可與流方向成角度操作，并且引起制冷劑流 在正好進(jìn)入壓縮機(jī)葉輪之前打旋。入口導(dǎo)向葉片的角度可相對(duì)于制冷劑流的方向變化。因 為入口導(dǎo)向葉片的角度不同，并且該入口導(dǎo)向葉片打開和關(guān)閉，所以至壓縮機(jī)的制冷劑流 可增加或減少。在許多應(yīng)用中，入口導(dǎo)向葉片可變化九十度，也就是在垂直于制冷劑流方向 的完全關(guān)閉位置與完全打開的入口葉片導(dǎo)向位置之間變化，其中在完全打開的入口葉片導(dǎo) 向位置時(shí)該入口導(dǎo)向葉片與制冷劑流對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)降溫載荷較高時(shí)，可打開入口導(dǎo)向葉片以增 加吸引通過蒸發(fā)器的制冷劑的量，進(jìn)而提高冷卻器的操作降溫能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本申請(qǐng)?zhí)峁┝擞糜趯?duì)由冷卻器系統(tǒng)中的葉輪失速引起的控制不穩(wěn)定性進(jìn)行檢測(cè) 和恢復(fù)的實(shí)施例。
[0006] 在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻器控制單元的葉輪失速檢測(cè)和恢復(fù)組件對(duì)蒸發(fā)器出水溫度 的控制誤差信號(hào)頻譜進(jìn)行計(jì)算，確定該控制誤差信號(hào)頻譜的高頻信號(hào)成分是否超出可接受 的極限，并且以預(yù)先確定的增值下調(diào)喘振邊界控制曲線，以便解決由葉輪失速引起的不穩(wěn) 定性。
[0007] 在一個(gè)實(shí)施例中，提供了葉輪失速檢測(cè)和恢復(fù)組件，該組件用于對(duì)冷卻器系統(tǒng)的 離心式壓縮機(jī)的穩(wěn)定操作進(jìn)行檢測(cè)和恢復(fù)。葉輪失速檢測(cè)和恢復(fù)組件包括控制誤差信號(hào)模 塊，控制誤差信號(hào)頻譜模塊、葉輪失速檢測(cè)模塊和葉輪失速恢復(fù)模塊。
[0008] 在另一實(shí)施例中，提供了一種用于冷卻器系統(tǒng)中的離心式壓縮機(jī)的葉輪失速檢測(cè) 和恢復(fù)的程序。該程序包括計(jì)算冷卻器控制誤差信號(hào)。該程序還包括確定冷卻器控制誤差 信號(hào)的頻譜。該程序進(jìn)一步包括是否檢測(cè)出葉輪失速。如果檢測(cè)出葉輪失速，那么該程序 將恢復(fù)離心式壓縮機(jī)的穩(wěn)定操作。
[0009] 通過參考以下詳細(xì)描述和附圖，用于對(duì)葉輪失速引起的不穩(wěn)定性進(jìn)行檢測(cè)和恢復(fù) 的方法和系統(tǒng)的其它特征和方面將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0010] 現(xiàn)在參考附圖，其中相同的參考編號(hào)在全文中表示相同部件。
[0011] 圖1示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的冷卻器系統(tǒng)的框圖；
[0012] 圖2示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的冷卻器控制單元的葉輪失速檢測(cè)和恢復(fù)組件的框圖；
[0013] 圖3示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于對(duì)葉輪失速引起的不穩(wěn)定性進(jìn)行檢測(cè)和恢復(fù)的 過程的流程圖；
[0014] 圖4示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的冷卻器系統(tǒng)操作的無因次曲線圖，該操作如入口導(dǎo)向 葉片位置與壓力系數(shù)的關(guān)系所指示。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 關(guān)于前述描述，應(yīng)理解的是，可在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下進(jìn)行詳細(xì)變更，尤 其是在所采用的構(gòu)造材料和形狀、大小和部件布置方面。應(yīng)理解，本說明書和描繪的實(shí)施例 僅視為示例性的，并且本發(fā)明的真實(shí)范圍和精神由權(quán)利要求書的廣泛含義所指示。
[0016] 葉輪失速即在接近喘振的高壓縮機(jī)系數(shù)下的冷卻器系統(tǒng)操作，喘振時(shí)離心式壓縮 機(jī)的一個(gè)或多個(gè)級(jí)無法對(duì)制冷劑進(jìn)行有效壓縮。喘振期間，離心式壓縮機(jī)的一個(gè)或多個(gè)葉 輪失速引起壓縮機(jī)氣流逆轉(zhuǎn)和大規(guī)模、快速壓縮機(jī)電機(jī)電流波動(dòng)。
[0017] 葉輪失速的影響可能主要是間接的，造成受影響的離心式壓縮機(jī)級(jí)的壓力系數(shù)的 顯著降低以及整體冷卻器系統(tǒng)能力的顯著降低。這可造成制冷器系統(tǒng)的增益特征和線性特 征的明顯變化，并且可引起制冷器系統(tǒng)控制不穩(wěn)定性和不期望的有限周期振蕩。而且，在葉 輪失速期間，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，可能發(fā)生不可接受的可聽噪聲波動(dòng)。另外，在葉輪失速期間，借 助于可變速驅(qū)動(dòng)器，蒸發(fā)器出水溫度、入口導(dǎo)向葉片位置以及器的離心式壓縮機(jī)速度指令 可能出現(xiàn)不可接受的振蕩。由于效率降低和可靠性降低，這可能引起客戶的不滿。
[0018] 為了滿足空調(diào)空間中的所有需求條件，冷卻器系統(tǒng)可改變輸出能力。在高降溫需 求時(shí)，離心式壓縮機(jī)可以最大載荷或全功率運(yùn)行。其余時(shí)間，對(duì)空調(diào)的需要降低，并且離心 式壓縮機(jī)可以降低的功率運(yùn)行。然后冷卻器系統(tǒng)的輸出可遠(yuǎn)小于全功率下的輸出。還期 望的是在以下模式下操作離心式壓縮機(jī)：對(duì)于在任何給定時(shí)間所需要的功率是最有效的模 式，由此將冷卻器系統(tǒng)在給定載荷下的耗電量盡可能降至最低的量。已有人發(fā)現(xiàn)，離心式壓 縮機(jī)的操作的最有效點(diǎn)是在被稱為喘振的狀態(tài)附近。然而，喘振狀態(tài)下的操作是不期望的， 因?yàn)檫@可引起對(duì)離心式壓縮機(jī)的損壞。
[0019] 基于電機(jī)電流波動(dòng)的傳統(tǒng)喘振保護(hù)控制策略對(duì)于葉輪失速檢測(cè)不起作用。這是因 為有以下情況：雖然葉輪失速的開始可能是突然的，但是電機(jī)電流在葉輪失速期間不會(huì)波 動(dòng)。
[0020] 因此，本文所描述的實(shí)施例涉及對(duì)由冷卻器系統(tǒng)中的葉輪失速引起的不穩(wěn)定性的 改進(jìn)的檢測(cè)和恢復(fù)。
[0021] 如本文所描述的冷卻器系統(tǒng)包括使用可變速驅(qū)動(dòng)器（例如，可變頻驅(qū)動(dòng)器 ("VFD"))的離心式壓縮機(jī)。雖然下面所描述的實(shí)施例使用可變頻驅(qū)動(dòng)器來控制離心式壓縮 機(jī)的離心式壓縮機(jī)速度，但是應(yīng)了解，可使用其它類型的變速驅(qū)動(dòng)器來控制離心式壓縮機(jī) 的離心式壓縮機(jī)速度。
[0022] 圖1示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的冷卻器系統(tǒng)100的框圖。該冷卻器系統(tǒng)包括具有VFD 110的離心式壓縮機(jī)105、冷凝器115、蒸發(fā)器120和冷卻器控制單元125。
[0023] 大體如圖1中所示，離心式壓縮機(jī)105被配置用于壓縮制冷劑氣體。壓縮的制冷 劑然后被發(fā)送（由箭頭107示出）至冷凝器115。該冷凝器115將壓縮的制冷劑冷凝成液 體制冷劑。然后該液體制冷劑被發(fā)送（由箭頭117示出）至蒸發(fā)器120。蒸發(fā)器120使用 液體制冷劑來對(duì)流體進(jìn)行降溫，該流體為例如經(jīng)過管道系統(tǒng)122流動(dòng)通過蒸發(fā)器120的水。 冷卻的水然后可栗送至需要降溫的空間中。隨著液體制冷劑對(duì)傳遞通過蒸發(fā)器120的水進(jìn) 行降溫，該液體制冷劑轉(zhuǎn)變成氣體，并且該氣體（由箭頭103示出）然后返回至離心式壓縮 機(jī) 105〇
[0024] 冷卻器控制單元125被配置用于使用從多個(gè)傳感器130a至130e獲得的測(cè)量數(shù)據(jù) 來監(jiān)控冷卻器系統(tǒng)100的操作，以及基于例如被降溫的空間的空調(diào)要求所需要的載荷的變 化來控