用于往復式壓縮機的控制系統和方法
【專利說明】用于往復式壓縮機的控制系統和方法
[0001]本申請是2012年I月25日提交的名為“用于往復式壓縮機的控制系統和方法”的申請號為CN201280006608.4的中國專利申請的分案申請。
技術領域
[0002]本發明涉及一種使得能夠控制往復式壓縮機的停止(制動)表現的系統和方法。
【背景技術】
[0003]往復式密封壓縮機包括具有往復式運動的連桿-曲柄和活塞類型，并且寬泛地用于冷卻設備、家用和商用領域中。
[0004]往復式壓縮機可以是恒定容量類型的壓縮機，其中兩個恒定速度狀態(0N/0FF)的控制借助在最大溫度下接通壓縮機并且在最小溫度下關閉壓縮機來執行;或者變容量的壓縮機，其中由一些機電裝置或電子電路來執行控制，所述機電裝置或電子電路能夠對取決于在冷卻設備上待被控制的變量(例如，隔間的內部溫度)的程序作出響應，其中所述壓縮機在變化的速度以及停止時以往復操作循環起作用。
[0005]在操作時段期間，往復式壓縮機負責使得冷卻氣體循環通過冷卻回路，連桿-曲柄和活塞機構負責執行周期性運動，該該周期性運動中，活塞在其前進期間提高氣體壓力并且冷卻氣體施加相反的應力到該機構上以及到轉動桿軸上。在該活塞上的該應力以及在該機構和轉動桿軸上的隨后反作用在轉動桿軸的一圈轉動中顯著地變化，該變化與冷卻氣體壓力的值成正比(蒸發的壓力與冷卻回路的冷凝的壓力之間的差越大，則該變化越大)。
[0006]因此，借助使用往復式壓縮機的冷卻設備，在壓縮機關閉的時刻，由于施加轉動運動的該組件的慣性、主要由于馬達轉子的慣性，該機構仍轉動。該慣性運動在壓縮機的停止期間導致抖動，這是由氣體的壓差導致的在活塞上的相反沖擊引起的。該沖擊由在桿軸的最后一圈時桿軸的急劇停止或沿相反方向的轉動運動引起，這是因為活塞不能夠克服該壓力。因此，氣體在交替運動中被壓縮和解壓縮，這可能導致往復式壓縮機出現問題。
[0007]鑒于此，停止抖動在用于冷卻的往復式壓縮機中是典型的。通常，在該壓縮機內部設計懸掛彈簧系統，該懸掛彈簧系統支承整個組件，以便吸收沖擊并且衰減該沖擊并且不導致問題，例如由部件之間的沖撞引起的彈簧破裂或停止噪聲。壓縮機操作所處的壓力的差異越大，停止沖擊將越大。
[0008]對在壓縮機停止時的抖動問題的一個工程上的解決方案是懸掛彈簧的平衡設計。懸掛彈簧的主要功能是衰減在栗送系統的正常操作期間由于活塞的往復運動而產生的振動的傳遞，因此防止這些振動被傳送到外部壓縮機主體上以及因此傳送到冷卻器上，這種傳遞會導致噪聲。這樣，彈簧則應當足夠軟以除了吸收停止沖擊外還衰減正常運行的振動。在另一方面，彈簧不應當設計成過軟而達到在該停止沖擊期間允許組件長移位的程度，因為這可能導致在機械止動件處的沖撞，從而增加噪聲。類似地，該設計應采用不導致在彈簧上的過量應力達到導致該彈簧疲勞或破裂的程度。
[0009]可能注意的是，在以較大壓差操作的壓縮機上以及在其部件具有較少內部質量的壓縮機上，該停止抖動更為強烈。此外，與壓力狀況相關以及與組件質量相關的因素使得難以設計懸掛彈簧，并且人們越想要衰減正常操作振動，該項目越超乎尋常，尤其是在低速旋轉的操作時。鑒于此，人們面臨難以被滿足的更為嚴峻的輪廓狀況。
[0010]在其中存在嚴苛壓力條件、組件重量的優化、顯著地降低低速旋轉操作中的振動水平的需求的設計中，彈簧設計的方案可能不能滿足全部想要的條件。
【發明內容】
[0011]因此，本發明的第一目的在于提供一種用于減少懸掛系統的彈簧的剛度的系統和方法，由此最小化在正常操作期間的振動水平。
[0012]本發明的另一目的在于提供一種能夠降低對懸掛系統的穩健性的要求、借助防止彈簧破裂來保持彈簧的可靠性水平和使用壽命的系統和方法。
[0013]本發明的又一目的在于提供一種能夠使得壓縮機能夠操作在高壓差狀況下的系統和方法，在所述高壓差狀況下，所述壓縮機可被關閉，而不產生不想要的沖撞和噪聲。
[0014]本發明的目的借助用于冷卻壓縮機的控制系統來實現，所述系統至少包括一個電子控制器以及一個往復式壓縮機，所述往復式壓縮機包括至少一個機械組件，所述機械組件包括至少一個壓縮機構和一個馬達，所述控制系統構造成檢測所述壓縮機構的轉動速度并且在檢測到所述轉動速度低于速度水平之后向所述機械組件施加制動扭矩。
[0015]此外，還提出了用于密封冷卻壓縮機的控制方法，包括步驟:
(a)檢測機械組件的轉動速度，所述機械組件包括至少一個壓縮機構和一個馬達；
(b)將所述轉動速度與速度水平比較;以及
(C)在檢測表明所述轉動速度低于速度水平的情況下施加制動扭矩以使得所述機械控制器減速。
【附圖說明】
[0016]現將參考下述附圖來更詳細地描述本發明:
圖1是冷卻系統的不意圖；
圖2是壓縮機以及在該壓縮機內部的主要子系統的控制的示意圖；
圖3是往復式壓縮機的機械子系統的細節的示意圖；
圖4是壓縮機的壓縮過程以及桿軸的速度的示意圖；
圖5是根據現有技術的在啟動期間壓縮機的壓縮過程以及桿軸的速度的示意圖；以及圖6是根據本發明的在啟動期間壓縮機的壓縮過程以及桿軸的速度的示意圖。
【具體實施方式】
[0017]如圖1所示，冷卻系統包括往復式壓縮機3，所述往復式壓縮機由電功率網絡I饋送并且具有能夠控制往復式壓縮機3的操作的電子控制器2。往復式壓縮機3驅動氣體循環閉環回路18中的冷卻氣體，從而產生在該回路內的冷卻氣流78，并且將該氣體引導到冷凝器
5。在冷凝器5之后，冷卻氣體經過流冷卻裝置6，所述流冷卻裝置例如可以是毛細管。然后，氣體被引導到蒸發器4并且之后返回到往復式壓縮機3，從而重新啟動氣體循環回路。
[0018]圖2示出了在往復式壓縮機內部的子系統的焦點，所述往復式壓縮機3由殼體17、懸掛彈簧11來形成，所述懸掛彈簧用于阻尼由機械組件12的運動產生的機械振動，所述機械組件由馬達9和壓縮機構8來形成，所述馬達9和壓縮機構8由桿軸10機械地互連，所述桿軸傳遞扭矩和旋轉運動。
[0019]由于不平衡以及扭矩變化而由壓縮機構8產生的機械振動由懸掛彈簧11過濾。為此原因，懸掛彈簧11伸出以便具有低彈性系數(也就是說，盡可能軟)，以便增加振動過濾的有效性。然而，如果懸掛彈簧11被制成是軟的，則該設計增加了在往復式壓縮機3的停止期間機械組件12的擺動過渡幅值以及位移，能夠導致機械組件12(驅動和壓縮)與往復式壓縮機3的殼體17之間的機械沖撞，從而產生噪聲以及懸掛彈簧11的可能疲勞或破裂。
[0020]圖3示出了壓縮機構8，所述壓縮機構包括轉動桿軸10，連桿16被聯接到所述轉動桿軸。連桿16在往復式運動期間修整轉動桿軸10的旋轉運動，所述連桿驅動活塞15以使其在氣缸13內部運動，從而使得被壓縮氣體循環通過閥板14。該機構壓縮氣體，使得產生高壓差以及高反作用扭矩峰值。轉動桿軸10的旋轉運動由其自身的慣性來保持，其平均速度由馬達9的扭矩生成來保持。
[0021]圖4示出了由馬達9產生的操作扭矩20，該操作扭矩遭遇壓縮機構8的反作用扭矩21，所述反作用扭矩構造成導致往復式壓縮機3的轉動桿軸10的轉動速度23變化。轉動桿軸10的該轉動速度23在整個壓縮循環中變化，壓縮循環在活塞15的下止點處(通常，當轉動角度是零時)開始，通常在接近180度的轉動角度的較小角度下達到最大壓縮和最大反作用扭矩21，由此導致桿軸的減速。
[0022]如從圖5中能看到的，在根據現有技術的往復式壓縮機3的停止過程期間，在當馬達9停止產生操作扭矩20時的停止時刻22，壓縮機構8繼續其由儲存在轉動桿軸10上的動能饋送的慣性運動，轉動桿軸10的轉動速度23隨著被完成的每個壓縮循環而逐漸減少，從而從轉動質量桿軸10汲取動能直到沖擊時刻24，在沖擊時刻24，由于轉動桿軸的急劇減少的旋轉，存在不足以完成壓縮循環的足夠能量。
[0023]因此，轉動桿軸10快速地喪失轉動速度23，也就是說，發生高的減速(rpm/s)，這導致在沖擊時刻24處在壓縮機構8中的反向沖擊。在非常短的時間段內在壓縮機構8的減速驅動整個機械組件12，并且可能導致轉動桿軸10沿相反方向轉動。轉動桿軸10的動能取決于轉動桿軸10的旋轉(的平方)以及慣性。急劇停止時發生的反向沖擊導致機械組件12上的強沖擊，并且由此