压缩机的控制方法、控制装置和换热系统与流程

1.本技术涉及控制技术领域，特别涉及一种压缩机的控制方法、控制装置和换热系统。


背景技术：

2.离心式压缩机作为一种常见的通用机械，广泛应用于冶金、石化和制冷等领域。其作为系统的关键设备，在生产中发挥着极其重要的作用，因而其运行效率、安全性和可靠性对整个系统的高效安全运行起到了决定性作用。
3.喘振是离心式压缩机常见的故障之一，通常是指系统由于工况变化等因素影响而运行在小负荷和(或)高压比工况下发生的不稳定流动状态。喘振的发生会使压缩机运行效率下降，产生较大的振动和噪声，对密封、轴承和叶轮等都会产生严重的损害，进而影响设备的安全运行和使用寿命。
4.现有的检测离心式压缩机喘振的方法通常是：检测系统中与离心式压缩机运行相关的压力、温度、功率等参数出现的不稳定状态来判断离心式压缩机是否发生喘振。
5.应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本技术的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。


技术实现要素：

6.本技术的发明人发现，现有的检测喘振的方法存在一些局限，例如：需要增加额外的测量设备来测量相关的参数，因而提高了检测的成本，并且，这些测量设备的准确性会影响检测的结果；此外，系统实际运行过程中工况的波动也会导致相关的参数出现不稳定状态，从而容易导致误检测，具体地，比如，用户侧短时间内出现负荷波动而引起离心式压缩机做出增减载动作，进而引起压力、温度等参数波动的情况下，会被检测为出现喘振。
7.本技术实施例提供一种压缩机的控制方法、控制装置和换热系统，根据压缩机的实际运行转速和需求转速之间的差值，判断压缩机是否发生喘振，由此，无需增加额外的检测设备，降低了成本，并且，能够减少误检测。
8.根据本技术实施例的第一方面，提供一种压缩机的控制装置，该控制装置包括：
9.获得单元，其获得压缩机的实际运行转速和所述压缩机的需求转速；以及
10.第一控制单元，其根据所述实际运行转速和所述需求转速之间的差值，判断所述压缩机是否发生喘振。
11.根据本技术实施例的第二方面，提供一种压缩机的控制方法，该控制方法包括：
12.获得压缩机的实际运行转速和所述压缩机的需求转速；以及
13.根据所述实际运行转速和所述需求转速之间的差值，判断所述压缩机是否发生喘振。
14.根据本技术实施例的第三方面，提供一种换热系统，包括压缩机以及如上述第一
或“一类”而并不是限定为“一个”的含义；此外术语“该”应理解为既包括单数形式也包括复数形式，除非上下文另外明确指出。此外术语“根据”应理解为“至少部分根据
……”
，术语“基于”应理解为“至少部分基于
……”
，除非上下文另外明确指出。
30.实施例1
31.本技术实施例1提供一种压缩机的控制装置，该控制装置用于控制压缩机的运行，该压缩机和该控制装置例如用于换热系统。该换热系统可以是冷水机组，该冷水机组以水作为载冷剂。此外，本技术的实施例并不限于此，换热设备也可以是其它类型的机组，该机组可以使用水之外的其它类型的载冷剂。
32.在本实施例的下面的说明中，以该压缩机和该控制装置用于换热系统为例进行说明，该说明的内容同样适用于将该压缩机和该控制装置用于其它系统中的情况。
33.图1是具有压缩机和实施例1的控制装置的换热系统的一个示意图。如图1所示，该换热系统1包括：压缩机10、冷凝器12、节流装置14、蒸发器16、电动机18、变速驱动装置20和控制装置22。
34.压缩机10可以是离心式压缩机，其中，该离心式压缩机包括：采用含有内部能量调节机构的单级压缩离心式压缩机，或者，采用油润滑和非油润滑(如磁悬浮、制冷剂润滑)的离心式压缩机等。此外，压缩机10不限于离心式压缩机，也可以是会发生喘振的其它类型的压缩机，例如，叶片式压缩机。
35.冷凝器12用于将压缩机10排出的高温高压的气态制冷剂冷却成高温高压的液态制冷剂。
36.节流装置14用于将从冷凝器12流出的高温高压液态制冷剂经节流降压后成为低温低压的气液混合制冷剂。
37.蒸发器16用于将气液混合制冷剂与换热管内的冷水换热后蒸发成为低温低压的气体，并进入压缩机10被压缩。
38.压缩机10、冷凝器12、节流装置14和蒸发器16可以通过管路连接组成一个供制冷剂流动的回路。
39.如图1所示，电动机18用于驱动离心式压缩机10。变速驱动装置20用于将输入的电力转换为驱动电力从而驱动电动机18，变速驱动装置20中可以具有控制器，以进行变速驱动。控制装置22可以由电气硬件和/或软件构成，与压缩机10连接，用于对压缩机10进行控制。
40.此外，控制装置22还可以与变速驱动装置20以及压力传感器(未图示)、温度传感器(未图示)和压缩机10的入口导叶驱动装置(未图示)等设备连接，完成温度、压力、转速等的数据采集处理、信号通讯及控制功能，例如，控制装置22能够计算出压缩机10的需求转速，并将该需求转速对应的控制信号输出给变速驱动装置20，变速驱动装置20根据该控制信号驱动电动机18，进而由电动机18驱动压缩机10，从而使压缩机10的转速达到需求转速。
41.图2是实施例1的控制装置的一个示意图。如图2所示，控制装置22可以包括：获得单元221和第一控制单元222。
42.获得单元221获得压缩机10的实际运行转速和压缩机10的需求转速。第一控制单元222根据获得单元221获得的实际运行转速和需求转速之间的差值，判断压缩机10是否发生喘振。
43.压缩机10在稳定运行时，需求转速和实际运行转速相差很小甚至二者相等，而在发生喘振时，控制装置22输出的需求转速保持稳定或变化很小，但喘振所造成的压缩机10运行不稳定状态会导致压缩机10的实际转速产生较大的波动，从而使需求转速和实际运行转速之间的差值较大。
44.在本技术的实施例1中，根据压缩机的实际运行转速和需求转速之间的差值，判断压缩机是否发生喘振，由此，无需增加额外的检测设备，降低了成本；并且，能够减少误检测，例如，即使用户侧短时间内出现负荷波动而引起压缩机做出增减载动作，进而产生压力、温度等参数波动的情况下，需求转速和实际运行转速之间的差值并不会过大，因而不会被检测为出现喘振。
45.在本实施例中，控制装置22的获得单元221可以根据目标参数的设定值和当前实际值之间的差异计算出压缩机的需求转速。控制装置22的获得单元221可以采集到由变速驱动装置20反馈的压缩机10的实际运行转速。此外，本实施例不限于此，获得单元221也可以通过压缩机10自带的控制器或压缩机10内部的速度传感器获得压缩机10的实际运行转速。
46.在本实施例中，获得单元221可以每隔预定时间间隔获得一次需求转速和实际运行转速。
47.如图2所示，第一控制单元222包括：计算单元2221和第二控制单元2222。
48.计算单元2221每隔预定时间间隔δt计算一次实际运行转速和所述需求转速之间的差值c。
49.第二控制单元2222根据在预定时间段t内，差值c大于第一阈值的第一次数，以及差值c小于负的第一阈值的第二次数，判断压缩机10是否发生喘振。其中，该第一阈值例如是10rpm(每分钟10转)，负的第一阈值为-10rpm；该预定时间段t中包括多个预定时间间隔δt，例如，预定时间段t为10秒，预定时间间隔δt为0.5秒。
50.具体地，在预定时间段内，在该第一次数大于或等于第二阈值e1，并且该第二次数大于或等于第三阈值e2，并且该第一次数和该第二次数之和大于或等于第四阈值f的情况下，第二控制单元2222可以判断为压缩机10发生喘振。其中，第二阈值e1和第三阈值e2可以相等，例如，都等于2；第四阈值f例如可以是7。
51.例如，针对获得单元221每一次获得的需求转速和实际运行转速，计算单元2221计算实际运行转速与需求转速的差值c，如果差值c大于第一阈值，则第二控制单元2222使转速增加计数值p1增加1，如果差值c小于负的第一阈值，则第二控制单元2222使转速减小计数值q1增加1；在预定时间段t内，如果p1大于或等于阈值e1，并且q1大于或等于阈值e2，并且p1与q1之和大于或等于阈值f，那么，第二控制单元2222判断为压缩机10发生喘振。
52.图3是检测喘振过程所涉及的需求转速、实际运行转速和差值的一个示意图。
53.如图3所示，控制装置22每隔0.5秒计算一次实际运行转速和需求转速的差值。
54.在时刻t之前，控制装置22根据外部负荷的变化调节压缩机10的运行转速，因而，实际的运行转速66跟随需求转速64变化，转速变化量68(即，实际运行转速和需求转速的差值)较小，保持在
±
10rpm以内，表明压缩机10未发生喘振。从t时刻开始，转速变化量68超过
±
10rpm。
55.在从时刻t到时刻t t的时间段内，转速变化量68高于10rpm的次数为6次，转速变
化量68低于-10rpm的次数为2次，二者出现次数总和为8次。在第二阈值e1＝第三阈值e2＝2，并且，第四阈值f＝7的情况下，控制装置22判断为：从时刻t到时刻t t的时间段内，压缩机10发生了喘振。
56.图4是实施例1的控制装置22对压缩机10进行控制的一个流程图。如图4所示，控制装置22的控制流程包括如下操作：
57.操作24、压缩机10完成启动并进入运行状态。
58.操作26、控制装置22内的计时器开始计时直至满足压缩机10的运行时长达到预定时长。该预定时长例如是5分钟。此外，压缩机10的运行时长没有达到预定时长的情况下，流程进入操作28。
59.操作28、等待压缩机10的运行时长达到预定时长；
60.操作30、每隔预定的时间间隔
△
t，控制装置22计算压缩机10的实际运行转速与需求转速的差值c。
61.操作32、判断c的绝对值是否大于第一阈值10rpm，判断为是，则进入操作34。
62.操作34、判断c的值是否大于第一阈值10rpm，判断为是，则进入操作36，使转速增加计数值p1增加1，即，p1(i)＝p1(i-1) 1；判断为否，则进入操作38，使转速减小计数值q1增加1，即，q1(i)＝q1(i-1) 1。其中，i为自然数，表示第i次计算的该差值c，p1(i)和q1(i)分别表示与第i次计算的差值c对应的转速增加计数p1和转速减小计数q1。
63.操作40、在预定时间段t(例如，10秒)内，满足p1≥2且q1≥2且(p1 q1)≥7，即，转速增加计数和转速减小计数都出现2次以上且二者出现的次数之和为7次以上，则判定压缩机10发生喘振，并进入操作42；反之，则返回操作30开始新的判断周期。
64.操作42、在压缩机10被判断为发生喘振的情况下，控制装置22可以进行处理，以使压缩机10脱离喘振的状态。
65.在操作42中，为了使压缩机10脱离喘振的状态，控制装置22进行的处理可以是：增加压缩机10的转速，和/或调整喘振余量，和/或调节压缩机10的内部能量调节机构的开度，和/或停机保护等。
66.例如，操作42可以通过图2所示的控制装置22中的第一调整单元223和第三控制单元224来执行，其中，第一调整单元223可以使压缩机10的需求转速按照每10秒增加当前值的1％的变化速率进行增加，第三控制单元224可以根据增加后的需求转速，提高压缩机10的实际运行转速；第一调整单元223和第三控制单元224来执行增速处理持续30秒之后可以停止上述增速处理，并且，控制装置22可以将喘振余量恢复为默认值。
67.在本实施例中，如图2所示，控制装置22还可以包括：第二调整单元225和第四控制单元226。
68.在判断为压缩机10没有发生喘振的情况下，第二调整单元225可以降低喘振余量；第四控制单元226根据降低后的喘振余量，降低压缩机10的实际运行转速。
69.在压缩机的运行控制领域，为了保证压缩机不会发生喘振，在压缩机的实际运行转速和发生喘振的转速之间会预留缓冲区，即，在实际运行时，将压缩机的实际运行转速控制为高于发生喘振的转速，该高出的转速与发生喘振的转速的比例称为喘振余量(surge margin，sm)。
70.喘振余量越大，压缩机在运行时的安全性越高，但是，压缩机稳定运行的范围会变
窄，并且，压缩机以较高的转速运行会使压缩机的功耗增大，效率下降。此外，对于变速驱动的离心式压缩机，其能量调节主要依靠转速和压缩机内部自带的能量调节机构，例如，入口导叶(inlet guide vanes，igv)，当压缩机运行在部分负荷特别是低负荷时，喘振余量的存在会使压缩机运行转速偏高，igv开度减小，系统运行在非最佳状态点。
71.而在本技术中，设置第二调整单元225和第四控制单元226，能够通过减小喘振余量的方式降低压缩机10的实际运行转速，由此，能够降低压缩机10满载运行的额定电流(rla)百分比，并且增大入口导叶(igv)的开度，从而使压缩机10运行在低转速、大igv开度的最佳工况，能够提高压缩机10的运行效率，降低压缩机10的功耗，并拓宽了压缩机10稳定运行的范围。
72.在本实施例中，在判断为压缩机10没有发生喘振的情况下，如果压缩机10的入口导叶(igv)的开度小于第五阈值a，第二调整单元225进行降低喘振余量的处理。在入口导叶(igv)的开度小于第五阈值a的情况下，调整喘振余量能够使入口导叶的开度有较大幅度的提高，从而更加明显地提高压缩机10的运行效率。该第五阈值例如是90％，并且，根据压缩机10的性能不同，该第五阈值的具体数值可以不同。
73.在本实施例中，第二调整单元225在调整压缩机10的喘振余量时，可以将喘振余量每次降低预定值，该预定值例如是1％，例如，调整喘振余量时，可以将当前的喘振余量减去1％，作为新的当前喘振余量，其中，当前的喘振余量可以等于默认的喘振余量，或者，前次调整后的喘振余量。
74.此外，第二调整单元225对于喘振余量的调节可以具有一定的范围，例如，默认的喘振余量sm_default与当前喘振余量sm_current的差可以小于第六阈值b，即，(sm_default-sm_current)《b，由此，能够避免当前喘振余量过小而导致压缩机10容易出现喘振。其中，第六阈值b可以是一个经验值，在喘振余量sm_default与当前喘振余量sm_current的差小于第六阈值b的情况下，调节喘振余量既可以提升压缩机性能又能保证其不出现喘振而安全运行。
75.第二调整单元225调整后的喘振余量可以作为新的喘振余量被传递给第四控制单元226，第四控制单元226根据该新的喘振余量进行运算得到新的需求转速，并将其传递给变速驱动装置20，从而改变压缩机10的运行转速。压缩机10以新的转速运行一段时间后开始新的喘振余量调节周期，该一段时间例如是5分钟。
76.在本实施例中，第二调整单元225和第四控制单元226可以协作，由此，如图4所示，控制装置22的控制流程还可以包括如下操作：
77.操作44、在操作32判断为差值c的绝对值小于第一阈值10rpm的情况下，流程进行到操作44，在操作44中，控制装置22判断温度传感器实时采集到的换热系统1的冷水出水温度是否等于水温目标设定值
±
0.2度，如果判断为是，则说明压缩机10的运行达到稳定状态，进入操作46，否则，返回操作30。
78.操作46、控制装置22维持压缩机10稳定运行超过预定时间，该预定时间例如是3分钟。
79.操作48、控制装置22判断igv开度是否小于第五阈值a(例如，a＝90％)，判断为是则进入操作50，否则进入操作52，维持压缩机10的当前运行状态。
80.操作50、控制装置22比较当前喘振余量sm_current和默认喘振余量sm_default间
的关系，即，sm_default和sm_current间的差值是否小于第六阈值b(例如，b＝5％)，判断为是，则进入操作54，判断为否，则进入操作52。
81.操作54、控制装置22将sm_current-1％作为新的喘振余量，根据该新的喘振余量运算得到新的需求转速，并将该新的需求转速传递给变速驱动装置20，从而改变压缩机10的运行转速。压缩机10以新的转速运行例如5分钟开始新的喘振余量调节周期。
82.上述操作44～操作54是控制装置22进行控制以提高压缩机10的性能的处理。
83.此外，在图4所示的控制流程中，当控制装置22检测到停机命令或压缩机10发生喘振后，可以将喘振余量重置为默认的喘振余量sm_default(例如，操作42)，以便压缩机10再次开机或脱离喘振后开始新的喘振余量调节周期。
84.需要说明的是，在本实施例中，第二调整单元225和第四控制单元226也可以独立于控制装置22而被设置。也就是说，控制装置22可以包括获得单元221、第一控制单元222、计算单元223、第二控制单元224、第一调整单元223和第三控制单元224，从而执行操作30～操作42的检测喘振和脱离喘振的控制；第二调整单元225和第四控制单元226可以被包括于另一个控制装置中，用来执行操作44～操作54所示的提高压缩机10的性能的控制。
85.根据本技术的实施例1，能够根据压缩机的实际运行转速和需求转速之间的差值，判断压缩机是否发生喘振，由此，无需增加额外的检测设备，降低了成本，并且，能够减少针对喘振的误检测；此外，在没有发生喘振的情况下，通过降低喘振余量，能够降低压缩机的实际运行转速，降低功耗，提升压缩机的性能。
86.实施例2
87.实施例2提供一种压缩机的控制方法，该控制方法与实施例1的控制装置对应。
88.图5是该控制方法的一个示意图，如图5所示，该控制方法包括：
89.操作501、获得压缩机的实际运行转速和所述压缩机的需求转速；以及
90.操作502、根据所述实际运行转速和所述需求转速之间的差值，判断所述压缩机是否发生喘振。
91.图6是操作502的一个示意图，如图6所示，操作502包括：
92.操作601、每隔预定时间间隔计算一次所述实际运行转速和所述需求转速之间的差值；以及
93.操作602、根据在预定时间段内，所述差值大于第一阈值(10rpm)的第一次数，以及所述差值小于负的所述第一阈值的第二次数，判断所述压缩机是否发生喘振。
94.在操作602中，在该预定时间段内，在所述第一次数大于或等于第二阈值，并且所述第二次数大于或等于第三阈值，并且所述第一次数和所述第二次数之和大于或等于第四阈值的情况下，判断为所述压缩机发生喘振。
95.如图5所示，所述控制方法还包括：
96.操作503、在判断为所述压缩机发生喘振的情况下，增加所述压缩机的需求转速；以及
97.操作504、根据增加后的所述压缩机的需求转速，提高所述压缩机的实际运行转速。
98.如图5所示，所述控制方法还包括：
99.操作505、在判断为所述压缩机没有发生喘振的情况下，降低喘振余量；以及
100.操作506、根据降低后的喘振余量，降低所述压缩机的实际运行转速。
101.在操作505中，在判断为所述压缩机没有发生喘振的情况下，如果所述压缩机的入口导叶(igv)的开度小于第五阈值，则将所述喘振余量降低预定比例。
102.根据本技术的实施例2，能够根据压缩机的实际运行转速和需求转速之间的差值，判断压缩机是否发生喘振，由此，无需增加额外的检测设备，降低了成本，并且，能够减少针对喘振的误检测；此外，在没有发生喘振的情况下，通过降低喘振余量，能够降低压缩机的实际运行转速，降低功耗，提升压缩机的性能。
103.本发明实施例还提供一种存储有计算机可读程序的存储介质，其中该计算机可读程序使得控制装置或换热系统执行实施例1所述的控制方法。
104.本发明实施例还提供一种计算机可读程序，其中当在控制装置或换热系统中执行该程序时，该程序使得该控制装置或换热系统执行实施例1的控制方法。
105.本发明以上的装置和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、dvd、flash存储器等。
106.结合本发明实施例描述的在各装置中的各处理方法可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或二者组合。例如，图2所示的功能框图中的一个或多个和/或功能框图的一个或多个组合，既可以对应于计算机程序流程的各个软件模块，亦可以对应于各个硬件模块。这些软件模块，可以分别对应于图5、图6所示的各个步骤。这些硬件模块例如可利用现场可编程门阵列(fpga)将这些软件模块固化而实现。
107.软件模块可以位于ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、cd-rom或者本领域已知的任何其它形式的存储介质。可以将一种存储介质耦接至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息；或者该存储介质可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于asic中。该软件模块可以存储在移动终端的存储器中，也可以存储在可插入移动终端的存储卡中。例如，若设备(例如移动终端)采用的是较大容量的mega-sim卡或者大容量的闪存装置，则该软件模块可存储在该mega-sim卡或者大容量的闪存装置中。
108.针对图1、图2描述的功能框图中的一个或多个和/或功能框图的一个或多个组合，可以实现为用于执行本技术所描述功能的通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑器件、分立硬件组件、或者其任意适当组合。针对图2描述的功能框图中的一个或多个和/或功能框图的一个或多个组合，还可以实现为计算设备的组合，例如，dsp和微处理器的组合、多个微处理器、与dsp通信结合的一个或多个微处理器或者任何其它这种配置。
109.以上结合具体的实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本发明保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本发明的原理对本发明做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本发明的范围内。