CN113390163A - 压缩机升频的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种压缩机升频的控制方法。当压缩机在运行期间确定需要提高运行频率时，该控制方法包括：确定当前运行频率和最大设定频率；在由当前运行频率和最大设定频率形成的频率区间中选择多个目标运行频率，最小目标运行频率大于当前运行频率，最大目标运行频率等于最大设定频率，并且相邻的目标运行频率之间具有预定的频率差值；以及按照从最小目标运行频率到最大目标运行频率的顺序，压缩机从当前运行频率以预定速度依次升到每个目标运行频率，并且在每个目标运行频率下运行预定时间。虽然压缩机进入高频运行阶段，但是这种阶梯升频的方式可以最大限度地降低压缩机的排油率，从而保证压缩机的合理油液面，进而提高压缩机的使用寿命。

Description

压缩机升频的控制方法
技术领域
本发明涉及控制压缩机的方法，具体地涉及压缩机升频的控制方法。
背景技术
变频压缩机，例如具有变频驱动器的离心压缩机或涡旋式压缩机，通常使用变频驱动器来改变电机的速度，进而能够控制压缩机的能力。当这种变频压缩机被结合在空调***中时，能够通过控制压缩机的运行频率来改变压缩机的输出能力以与实际负荷需求相匹配。因此，变频压缩机可显著地提高空调***的能效比，从而在空调***中得到越来越广泛的应用。
变频压缩机(以下简称“压缩机”)在工作时从其吸气口吸入来自空调***的部件(例如，蒸发器)的低温低压的冷媒气体，并且在压缩机内将冷媒气体压缩到高温高压的冷媒气体。因此，压缩机内用来润滑运动部件的润滑油的一部分会被该高温高压的冷媒气体夹带并从压缩机的排气口排出到空调***的对应部件中，通过在空调***内的循环后再跟随冷媒返回到压缩机内。环境负荷的大小将决定压缩机的运行频率。如果环境负荷大幅增加，压缩机的运行频率也会随之需要增加直到达到最大频率。同时，压缩机的运行频率又会影响到压缩机的排油率(即被冷媒气体夹带离开压缩机的润滑油与全部润滑油的比率)，进而影响到压缩机内的润滑油量。压缩机内润滑油的多少通常取决于两个方面：一方面压缩机运转过程中会随高压气态冷媒排出润滑油，且压缩机的运行频率越高排出的润滑油就越多；另一方面排出的润滑油又会随冷媒循环重新回到压缩机内，所以压缩机内部润滑油多少是一个动态过程。因此，压缩机的运行频率控制方式将会影响压缩机内的润滑油量。
如图1所示，在现有技术中，压缩机提高频率(简称“升频”)的控制通常采用直线升频控制方式，即压缩机以某个固定的升频速度(例如1rps/s)在比较短的时间段t0内从当前的低频率fc(单位是“rps”，即“转/秒”)直接升至最大设定频率fmax。这种直线升频的控制方法最容易导致压缩机缺少润滑油以及因缺少润滑油所引起的各种故障。这是因为在压缩机升高频过程中，一方面压缩机的排油率会直线上升直至达到最高值，而另一方面排出去的压缩机润滑油却不能很及时地循环回到压缩机内，从而造成压缩机内的润滑油液面的持续降低。众所周知，压缩机在缺油状况下运转，很容易导致故障发生。
相应地，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决压缩机在升高频运行阶段因缺油导致压缩机产生故障的技术问题，本发明提供一种压缩机升频的控制方法，当压缩机在运行期间确定需要提高运行频率时，所述控制方法包括：确定当前运行频率和最大设定频率；在由所述当前运行频率和最大设定频率形成的频率区间中选择多个目标运行频率，最小所述目标运行频率大于所述当前运行频率，最大所述目标运行频率等于所述最大设定频率，并且相邻的目标运行频率之间具有预定的频率差值；以及按照最小所述目标运行频率到最大所述目标运行频率的顺序，所述压缩机从所述当前运行频率以预定速度依次升到每个目标运行频率，并且在每个目标运行频率下运行预定时间。
在上述压缩机升频的控制方法的优选技术方案中，所述多个目标运行频率包括2-6个目标运行频率。
在上述压缩机升频的控制方法的优选技术方案中，所述多个目标运行频率包括4个目标运行频率。
在上述压缩机升频的控制方法的优选技术方案中，所述相邻的目标运行频率之间的频率差值能够相同或不相同。
在上述压缩机升频的控制方法的优选技术方案中，所述相邻的目标运行频率之间的频率差值均为5rps。
在上述压缩机升频的控制方法的优选技术方案中，在每个目标运行频率下运行的所述预定时间能够相同或不相同。
在上述压缩机升频的控制方法的优选技术方案中，所述预定时间为30s。
在上述压缩机升频的控制方法的优选技术方案中，所述压缩机升至每个目标运行频率的所述预定速度能够相同或不相同。
在上述压缩机升频的控制方法的优选技术方案中，所述预定速度为1rps/s。
在上述压缩机升频的控制方法的优选技术方案中，所述压缩机具有用于观察润滑油液面的视液镜。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明压缩机升频的控制方法的技术方案中，通过在当前运行频率和最大设定频率形成的频率区间中选择多个目标运行频率，并且按照从小到大的顺序，让压缩机从当前运行频率以预定速度依次升到每个目标运行频率，并在每个目标运行频率下运行预定时间，从而允许压缩机以阶梯升频的方式升至最大目标运行频率。虽然压缩机进入高频运行阶段，但是这种阶梯升频的方式可以最大限度地降低压缩机的排油率，从而保证压缩机的合理润滑油液面，提高压缩机的使用寿命。特别地，压缩机在每个目标运行频率下都运行预定时间，目的是在维持排油率不变的情况下，能够增加压缩机的润滑油回油量。
优选地，多个目标运行频率包括2-6个目标运行频率，相邻的目标运行频率之间的频率差值能够相同或不相同，在每个目标运行频率下运行的预定时间能够相同或不相同，以及压缩机升至每个目标运行频率的预定速度能够相同或不相同。这些控制措施在保证压缩机具有足够润滑油的同时，还能够控制压缩机的噪音、排气温度、排气压力等参数处于合理范围内。
附图说明
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：
图1是现有技术压缩机直线升频方法的示意图；
图2是本发明压缩机升频的控制方法的流程图；
图3是本发明压缩机升频的控制方法的实施例的示意图；
图4是本发明压缩机升频的控制方法所应用的压缩机的示例的示意图；
图5是本发明压缩机升频的控制方法与现有技术的直线升频的控制方法对压缩机润滑油液面的影响的比较的曲线图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
为了解决现有技术压缩机在升至高频运行阶段期间所导致的缺少润滑油以及与缺少润滑油相关的压缩机故障的技术问题，本发明提供一种压缩机升频的控制方法。当压缩机在运行期间确定需要提高运行频率时，该控制方法包括：确定当前运行频率和最大设定频率；在由当前运行频率和最大设定频率形成的频率区间中选择多个目标运行频率，最小目标运行频率大于当前运行频率，最大目标运行频率等于最大设定频率，并且相邻的目标运行频率之间具有预定的频率差值；以及按照从最小目标运行频率到最大目标运行频率的顺序，压缩机从当前运行频率以预定速度依次升到每个目标运行频率，并且在每个目标运行频率下运行预定时间。
在一种或多种实施例中，本文中所提及的压缩机可以是具有变频驱动器的离心压缩机、涡旋压缩机、螺杆压缩机等。这些压缩机可以是全封闭的、半封闭的、或未封闭的。
图2是本发明压缩机升频的控制方法的流程图。如图2所示，本发明压缩机升频的控制方法包括步骤S1、S2、和S3。在步骤S1中，该控制方法需要确定压缩机的当前运行频率和能够满足实际负荷需要的最大设定频率。基于当前运行频率和最大设定频率，该控制方法就能够确定形成在当前运行频率和最大设定频率之间的频率区间，并且在该频率区间中选择多个目标运行频率(步骤S2)。这多个目标运行频率需要满足的条件是：最小目标运行频率要大于压缩机的当前运行频率；最大目标运行频率等于最大设定频率；相邻目标运行频率之间具有预定的频率差值。目标运行频率的具体个数需要基于压缩机的具体运行工况来确定。例如，在当前运行频率和最大设定频率之间形成的频率区间越大，目标运行频率的个数就可能越多。在确定了目标运行频率后，该控制方法就可以按照如下方式来控制压缩机升频：按照从最小目标运行频率到最大目标运行频率的顺序，控制压缩机从当前运行频率以预定速度依次升到每个目标运行频率，并且在每个目标运行频率下运行预定时间(步骤S3)。
图3是本发明压缩机升频的控制方法的实施例的示意图。在一种或多种实施例中，压缩机(例如图4所示的压缩机11)在当前的低频率fc下运行，并且因为实际负荷的显著增加而需要将其运行频率f升高到最大设定频率fmax。基于当前的低频率fc与最大设定频率fmax之间的频率区间，本发明的控制方法选择了4个目标运行频率：第一目标运行频率f1、第二目标运行频率f2、第三目标运行频率f3、和第四目标运行频率f4，其中，f1>fc，而f4＝fmax。在替代的实施例中，目标运行频率的个数可以是满足实际需要的其它值，例如2个、3个、5个、6个等。在一种或多种实施例中，f1、f2、f3、和f4的相邻目标运行频率之间都相差相同的频率差值，例如5rps。替代地，根据实际需要，相邻目标运行频率之间的频率差值可以采用大于或小于5rps的差值，或者，每两个相邻目标运行频率之间的频率差值可以采用不同的差值，只要这些数值能够保证压缩机的其它参数，例如噪音、排气压力、排气温度等，处于合理的范围内。
如图3所示，在升频过程中，压缩机被控制首先以第一预定速度(例如1rps/s或者其它合适的速度值)从当前的低频率fc升至第一目标运行频率f1，需要的时间为t1(单位为秒，即“s”)。当压缩机达到第一目标运行频率f1后，压缩机将在该第一目标运行频率f1下再持续运行预定的时间，例如30s或其它合适的时间值，然后再以第二预定速度(例如1rps/s或其它合适的速度值)从第一目标运行频率f1升至第二目标运行频率f2，需要的时间为t2。同样地，压缩机需要在第二目标运行频率f2下持续运行预定的时间，例如30s或其它合适的时间值。当预定的时间得到满足后，压缩机以第三预定速度(例如1rps/s或其它合适的速度值)从第二目标运行频率f2升至第三目标运行频率f3，所用时间为t3。压缩机保持第三目标运行频率f3达到预定的时间(例如30s或其它合适的时间值)后，再以第四预定速度((例如1rps/s或其它合适的速度值)从第三目标运行频率f3升至第四目标运行频率f4，所用时间为t4。当压缩机升至第四目标运行频率f4时，这也意味着压缩机达到了最大设定频率fmax，因此可以保持该最大设定频率fmax直到实际负荷需求发生改变。这种阶梯式的升频方式可以令压缩机在设置的目标运行频率下维持一段时间(称为“频率维持阶段”)后再继续升频，达到要求的目标运行频率后再维持一段时间后再升频，如此重复直到设定的最高频率。在频率维持阶段，压缩机的排油率恒定，不再升高，但是已经排到空调***中的润滑油却一直随冷媒循环回到压缩机内。如此在一个短期时间内，压缩机内润滑油排出率不再增加，回来的却源源不断，从而能够将压缩机内的润滑油液面维持在安全液面高度以上。
在一种或多种实施例中，第一、第二、第三和第四预定速度采用相同的速度值，例如1rps/s。替代地，第一、第二、第三和第四预定速度根据需要也可以采用彼此不相同的速度值。例如，第一预定速度可以采用大于第四预定速度的速度值。在一种或多种实施例中，压缩机在每个目标运行频率下运行持续的时间都相同，例如30s。替代地，压缩机在每个目标运行频率下运行持续的时间也可以彼此不相同，以满足压缩机的实际需求。这些参数设定的原则就是能够保证压缩机的其它参数，例如噪音、排气压力、排气温度等，处于合理的范围内。
图4是本发明压缩机升频的控制方法所应用的压缩机的示例的示意图。如图4所示，该压缩机11为具有变频驱动器的全封闭式压缩机。该压缩机11设有用于观察压缩机内的润滑油液面的视液镜12，该视液镜12可以外接在压缩机上，也可以与压缩机固定在一起。通过该视液镜12，能够直接观察到压缩机11内润滑油液面的高低。参见图4，该压缩机11设置有不同的润滑油液面高度：与油泵吸油口在高度上对齐的润滑油液面高度为14mm(毫米)，对应的润滑油量为50ml(毫升)；压缩机应当停止运转的润滑油液面高度为30mm，对应的润滑油量为350ml；润滑油充注液面高度为70mm，对应的润滑油量为1100ml；润滑油平衡管管口液面高度是90mm，对应的润滑油量为1450ml；最高的润滑油液面高度为135mm，对应的润滑油量为2000ml。30mm高度的润滑油液面是压缩机11运行时所允许的最低液面。如果压缩机运行时一直维持在该最低液面，很可能会导致压缩机的运动部件，例如曲轴和涡旋盘的缺油磨损，进而危及压缩机的使用寿命。70mm高度的润滑油充注液面为压缩机运行时的安全润滑油液面，换言之，压缩机运行时的润滑油液面高度应当大于等于70mm。
图5是本发明压缩机升频的控制方法与现有技术的直线升频的控制方法对压缩机润滑油液面的影响的比较的曲线图。对图4所示压缩机11分别施加了现有技术的直线升频控制方法和本发明压缩机升频的控制方法，对压缩机内润滑油液面的影响结果如图5所示。在进行实验时，两种升频的控制方法都是基于相同的压缩机运行条件，例如，压缩机处于长配管并且高落差的状况，并且压缩机的起始润滑油液面也相同。压缩机的排油率以压缩机的润滑油液面高度体现：润滑油液面越低说明排油率越高；反之，润滑油液面越高说明排油率越低。压缩机的润滑油液面高度可以通过上面所提及的视液镜观察来观察。
如图5所示，曲线1a代表以直线升频的方式控制压缩机升频过程中压缩机内润滑油液面随时间的变化，而曲线1b代表以本发明的阶梯升频的方式控制压缩机升频过程中压缩机内润滑油液面随时间的变化。例如在高落差长配管不利于回油的安装情况下，从曲线1a可以看出，直线升频的控制方法会导致润滑油液面迅速降低，例如在180s到240s(大约1分钟)的时间段内，压缩机的润滑油液面一直都维持在30mm(运转停止润滑油液面)左右。这个如此低的润滑油液面将压缩机置于非常危险的境地，例如很可能造成压缩机的曲轴及涡旋盘的缺油磨损。相反，从曲线1b可以看出，在升频过程中，通过本发明的阶梯升频的控制方法，压缩机的润滑油液面一直维持在安全润滑油液面高度70mm以上。因此，与现有技术的直线升频方法相比，本发明的阶梯升频的控制方法能够显著地降低润滑油液面的下降速率，并且始终将润滑油液面保持在安全液面高度以上，从而能够避免压缩机缺少润滑油以及因缺少润滑油所引起的故障，进而提高压缩机的使用寿命。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种压缩机升频的控制方法，其特征在于，当压缩机在运行期间确定需要提高运行频率时，所述控制方法包括：
确定当前运行频率和最大设定频率；
在由所述当前运行频率和最大设定频率形成的频率区间中选择多个目标运行频率，最小所述目标运行频率大于所述当前运行频率，最大所述目标运行频率等于所述最大设定频率，并且相邻的目标运行频率之间具有预定的频率差值；以及
按照从最小所述目标运行频率到最大所述目标运行频率的顺序，所述压缩机从所述当前运行频率以预定速度依次升到每个目标运行频率，并且在每个目标运行频率下运行预定时间。
2.根据权利要求1所述的压缩机升频的控制方法，其特征在于，所述多个目标运行频率包括2-6个目标运行频率。
3.根据权利要求2所述的压缩机升频的控制方法，其特征在于，所述多个目标运行频率包括4个目标运行频率。
4.根据权利要求1或2所述的压缩机升频的控制方法，其特征在于，所述相邻的目标运行频率之间的频率差值能够相同或不相同。
5.根据权利要求4所述的压缩机升频的控制方法，其特征在于，所述相邻的目标运行频率之间的频率差值均为5rps。
6.根据权利要求1或2所述的压缩机升频的控制方法，其特征在于，在每个目标运行频率下运行的所述预定时间能够相同或不相同。
7.根据权利要求6所述的压缩机升频的控制方法，其特征在于，所述预定时间为30s。
8.根据权利要求1或2所述的压缩机升频的控制方法，其特征在于，所述压缩机升至每个目标运行频率的所述预定速度能够相同或不相同。
9.根据权利要求8所述的压缩机升频的控制方法，其特征在于，所述预定速度为1rps/s。
10.根据权利要求1所述的压缩机升频的控制方法，其特征在于，所述压缩机具有用于观察润滑油液面的视液镜。
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