一种变转速变排量多转子压缩机及其变排量控制方法

摘要

本发明涉及一种变转速变排量多转子压缩机及其变排量控制方法，该压缩机包括压缩机机壳，所述压缩机机壳内设有至少两个气缸，所述压缩机机壳上设有排气口，所述气液分离器设在压缩机机壳外，所述气液分离器上设有吸气口，压缩机机壳内的所有气缸均通过单独的连接管与气液分离器连接，至少一个气缸与气液分离器之间的连接管上设有可实现从气液分离器往气缸单方向导通或关闭的电磁阀。本发明气缸卸载原理清晰简洁，电磁阀技术成熟，比现有技术方案可操作性强。本发明未改变压缩机原有结构，不在压缩机腔体内增加部件，降低了压缩机设计难度，同时电磁阀维修方便；本发明可避免高压气体和润滑油从被卸载气缸中溢出，保证了气缸卸载的可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种变转速转子式压缩机，尤其是涉及一种可以改变排气量，且有两个或两个以上转子的变转速变排量多转子压缩机及其变排量控制方法。

背景技术

转子式压缩机是一种容积式压缩机，主要由压缩机壳体、气液分离器、气缸、偏心转子等组成。依靠偏心转子在气缸内的滚动来实现气缸工作容积的变化，来实现对气体制冷剂的吸气、压缩、排气过程。为了实现更大的排气量和制冷量，一个转子式压缩机可以拥有两个或两个以上的气缸(CN 103807174 B)。

随着制冷设备能效标准不断升级，压缩机不仅要在满负荷下高效运行，还需要在部分负荷下能够降低功耗，因此变转速压缩机(也称变频压缩机)应运而生，它通过改变压缩机驱动电机的转速来控制从压缩机中排出的制冷剂流量。但是变频压缩机频率变化范围有限，并且随着转速降低电机效率也会衰减，导致变频压缩机低负荷下效率也并不高。为了提高低负荷下的效率，可以卸载多余的气缸，适当增加电机转速，提高电机效率，同时增大调节范围。

目前，变转速多转子式压缩机卸载气缸的技术方案主要是通过使被卸载气缸的吸气管与高压排气管联通，实现这一技术方案可以通过专用三通阀进行管路切换(CN102072529 B)，通过专用四通阀进行管路切换(CN 101995110 B)，通过电磁五通阀进行管路切换(CN 202303713 U，CN 103353156B)，上述技术方案均设置了三个或三个以上接头的阀件进行管路切换，成本较高。

目前，变转速多转子式压缩机控制排气量的技术方案包括，通过设定温度与环境温度之间的差值确定气缸的组合和压缩机频率(CN 103353156 B和CN 101995110 B)，通过预设双缸运行的最低频率和单缸运行的最高频率，并将其作为单缸和双缸的切换点(CN102331072 B和CN102072529 B)。上述方案的切换点都是根据某个工况的实验或计算结果预先设定，缺乏灵活性。而事实上，不同气缸组合之间的能效高低会随工况发生变化，即受室内外温度条件影响会造成压缩机吸排气压力变化，即使相同频率，大气缸能效

上述两项技术虽然都能实现气缸卸载和改变制冷剂排出流量，但是前者在双缸运转时容易产生制冷剂泄露，后者需要设置一个复杂管路。本发明希望通过更加简洁可靠的措施实现上述功能。

发明内容

本发明的目的就是为了改进变转速转子式压缩机的变排量技术而提供一种变转速变排量多转子压缩机及其变排量控制方法。本发明通过在压缩机气缸和气液分离器之间的管路上设置单向导通的电磁阀，切断被卸载气缸的低压气源，同时防止高压气体和润滑油从被卸载气缸中溢出，保证了气缸卸载的可靠性。本发明通过压缩机性能模型，实时计算不同气缸组合实现相同制冷量的功率，从中选择功率最小的气缸组合运转，从而实现压缩机节能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种变转速变排量多转子压缩机，包括压缩机机壳，所述压缩机机壳内安装有可变速电机、轴承、油池，其特征在于，所述压缩机机壳内设有至少两个气缸，所述压缩机机壳上设有排气口，所述气液分离器设在压缩机机壳外，所述气液分离器上设有吸气口，压缩机机壳内的所有气缸均通过单独的连接管与气液分离器连接，至少一个气缸与气液分离器之间的连接管上设有可实现从气液分离器往气缸单方向导通或关闭的电磁阀。

所述气缸内安装有偏心转子。

对于电磁阀，通过控制线圈通断电情况可实现对阀体导通或关闭的控制。

下文技术方案和实施例中均以双转子压缩机为例进行说明。但转子式压缩机中转子的数量是非限定的，任一气缸的与气液分离器之间的连接管上加装电磁阀的结构，以及通过控制该电磁阀的通断实现卸载气缸，均属于本专利的保护范畴之内。

本发明提供第一种变转速变排量双转子压缩机。

所述变转速变排量双转子压缩机包括压缩机机壳，所述压缩机机壳内设有上气缸与下气缸，所述压缩机机壳上设有排气口，所述气液分离器设在压缩机机壳外，所述气液分离器上设有吸气口，所述上气缸与下气缸均通过单独的连接管与气液分离器连接，上气缸与气液分离器之间的连接管上设有上气缸电磁阀，下气缸与气液分离器之间的连接管上设有下气缸电磁阀，所述上气缸电磁阀和下气缸电磁阀均可实现从气液分离器往气缸单方向导通或关闭的控制。

所述上气缸和下气缸容积不同。也可以将上气缸和下气缸容积设置成相同的。

所述排气口位于压缩机机壳的顶部，所述吸气口位于气液分离器的顶部。

该变转速变排量双转子压缩机可通过控制上气缸电磁阀和下气缸电磁阀的通断实现三种气缸组合，三档排气量的变化。当上气缸电磁阀和下气缸电磁阀同时导通时，压缩机排气量最大，为上气缸和下气缸的排气量之和；当上气缸电磁阀导通和下气缸电磁阀关闭时，压缩机排气量为上气缸排气量；当上气缸电磁阀关闭和下气缸电磁阀导通时，压缩机排气量为下气缸排气量。

该压缩机确定气缸组合的方法为，压缩机启动后，首先将上气缸电磁阀和下气缸电磁阀同时导通，不卸载气缸运行，通过调整压缩机电机转速满足制冷量需求，或在可运行的转速范围内接近制冷量需求。待系统稳定后，采集压缩机的吸排气状态，同时通过压缩机性能模型，实时计算不卸载气缸，卸载上气缸，卸载下气缸等三种气缸组合实现相同制冷量的压缩机功率，并切换到功率最低的气缸组合运行并重新匹配压缩机电机转速。若某气缸组合下，电机转速范围内不能实现相同制冷量则不计算功率，不考虑该气缸组合。

本发明提供第二种变转速变排量双转子压缩机，

所述变转速变排量双转子压缩机包括压缩机机壳，所述压缩机机壳内设有上气缸与下气缸，所述压缩机机壳上设有排气口，所述气液分离器设在压缩机机壳外，所述气液分离器上设有吸气口，所述上气缸与下气缸均通过单独的连接管与气液分离器连接，只在上气缸与气液分离器之间的连接管上设置上气缸电磁阀，或，只在下气缸与气液分离器之间的连接管上设置下气缸电磁阀，所述上气缸电磁阀或下气缸电磁阀均可实现从气液分离器往气缸单方向导通或关闭的控制。

所述上气缸和下气缸容积可以相同或不相同。

所述排气口位于压缩机机壳的顶部，所述吸气口位于气液分离器的顶部。

该变转速变排量双转子压缩机通过控制电磁阀的通断实现两种气缸组合，两档排气量的变化。当电磁阀导通时，压缩机排气量为上气缸和下气缸的排气量之和；当电磁阀关闭时，压缩机排气量为没有连接电磁阀的气缸的排气量。

该压缩机确定气缸组合的方法为，压缩机启动后，首先将电磁阀导通，不卸载气缸运行，通过调整压缩机电机转速满足制冷量需求，或在可运行的转速范围内接近制冷量需求。待系统稳定后，采集压缩机的吸排气状态，同时通过压缩机性能模型，实时计算不卸载气缸和卸载一个气缸两种气缸组合实现相同制冷量的压缩机功率，并切换到功率最低的气缸组合运行并重新匹配压缩机电机转速。若某气缸组合下，电机转速范围内不能实现相同制冷量则不计算功率，不考虑该气缸组合。

所述压缩机性能模型特征在于，通过采集压缩机频率，压缩机排气饱和温度和压缩机吸气饱和温度，可以计算压缩机的制冷量和功率。

优选的，所述的压缩机性能模型为20系数模型或者其他可以实现同样功能的数学模型，模型基本方程如下

y＝c₁+c₂T_e+c₃T_c+c₄f_r+c₅T_e²+c₆T_c²+c₇f_r²+c₈T_eT_c+c₉T_ef_r+c₁₀T_cf_r+c₁₁T_e³+c₁₂T_c³+c₁₃f_r³+c₁₄T_e²T_c

+c₁₅T_eT_c²+c₁₆T_e²f_r+c₁₇T_ef_r²+c₁₈T_c²f_r+c₁₉T_cf_r²+c₂₀T_eT_cf_r

式中y代表压缩机的制冷量或功率，f_r代表压缩机的频率，T_e代表压缩机吸气饱和温度，T_c代表压缩机排气饱和温度，c₁-c₂₀为系数。不同气缸组合下的压缩机制冷量和功率分别采用该方程进行拟合。

本发明中所述气液分离器在部分文献中也称为消声器。

与现有技术相比，本发明具备以下优点：

1.气缸卸载原理清晰简洁，电磁阀技术成熟，比现有技术方案可操作性强。

2.未改变压缩机原有结构，不在压缩机腔体内增加部件，降低了压缩机设计难度，同时电磁阀维修方便；

3.可避免高压气体和润滑油从被卸载气缸中溢出，保证了气缸卸载的可靠性；

4.通过压缩机模型实时选择合适的气缸组合，保证压缩机始终高效运行。

附图说明

图1为一种变转速变排量双转子压缩机(三档排量可变)结构示意图。

图2为一种变转速变排量双转子压缩机(三档排量可变)排量控制逻辑图。

图3为一种变转速变排量双转子压缩机(两档排量可变)结构示意图。

图4为一种变转速变排量双转子压缩机(两档排量可变)排量控制逻辑图。

图中，1为压缩机机壳，2为上气缸，3为下气缸，4为排气口，5为吸气口，6为气液分离器，8为上气缸电磁阀，11为下气缸电磁阀，7、9、10、12为连接管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种变转速变排量双转子压缩机，三档排量可变，主要结构如图1所示，包括压缩机机壳1，上气缸2，下气缸3，排气口4，吸气口5，气液分离器6，上气缸电磁阀8，下气缸电磁阀11，连接管7、9、10、12。

压缩机机壳1内安装有变速电动机，轴承，油池，以及上气缸2，下气缸3。上气缸2和下气缸3内分别安装有偏心转子，且分别通过连接管与气液分离器6连通，连接管上分别设置有上气缸电磁阀8，下气缸电磁阀11。即，上气缸2通过连接管9、上气缸电磁阀8、连接管7连接到气液分离器6出口，下气缸3通过连接管12、下气缸电磁阀11、连接管10连接到气液分离器6出口，气液分离器6入口即为吸气口5。

但上气缸2和下气缸3的内容积不同。排气口4位于压缩机机壳1的顶部，吸气口5位于气液分离器6的顶部。

该压缩机通过控制上气缸电磁阀8和下气缸电磁阀11的通断实现三种气缸组合，三档排气量的变化。当上气缸电磁阀8和下气缸电磁阀11同时联通时，压缩机排气量最大，为上气缸2和下气缸3的排气量之和；当上气缸电磁阀8联通和下气缸电磁阀11关闭时，压缩机排气量为上气缸2排气量；当上气缸电磁阀8关闭和下气缸电磁阀11联通时，压缩机排气量为下气缸3排气量。

该压缩机排气量的控制逻辑如图2所示，压缩机启动后，首先将上气缸电磁阀和下气缸电磁阀同时导通，不卸载气缸运行，通过调整压缩机电机转速满足制冷量需求，或在可运行的转速范围内接近制冷量需求。待系统稳定后，采集压缩机的吸排气状态，同时通过压缩机性能模型，实时计算不卸载气缸，卸载上气缸，卸载下气缸等三种气缸组合实现相同制冷量的压缩机功率，并切换到功率最低的气缸组合运行并重新匹配压缩机电机转速。若某气缸组合下，电机转速范围内不能实现相同制冷量则不计算功率，不考虑该气缸组合。

实施例2

一种变转速变排量双转子压缩机，两档排量可变，主要结构如图3所示。与实施例1相比，实施例2的上气缸2和下气缸3可以为完全相同的两个气缸或排气量不同的气缸，同时取消了上气缸电磁阀8。

该压缩机通过控制下气缸电磁阀11的通断实现两种气缸组合，两档排气量的变化。当下气缸电磁阀11联通时，压缩机排气量为上气缸2和下气缸3的排气量之和；当下气缸电磁阀11关闭时，压缩机排气量为上气缸2排气量。

该压缩机排气量的控制逻辑如图4所示，压缩机启动后，首先将电磁阀导通，不卸载气缸运行，通过调整压缩机电机转速满足制冷量需求，或在可运行的转速范围内接近制冷量需求。待系统稳定后，采集压缩机的吸排气状态，同时通过压缩机性能模型，实时计算不卸载气缸和卸载一个气缸两种气缸组合实现相同制冷量的压缩机功率，并切换到功率最低的运行并重新匹配压缩机电机转速。若某气缸组合下，电机转速范围内不能实现相同制冷量则不计算功率，不考虑该气缸组合。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。