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CN112944704A - 具有降温装置的制冷系统及控制方法 - Google Patents

具有降温装置的制冷系统及控制方法 Download PDF

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CN112944704A CN201911260797.8A CN201911260797A CN112944704A CN 112944704 A CN112944704 A CN 112944704A CN 201911260797 A CN201911260797 A CN 201911260797A CN 112944704 A CN112944704 A CN 112944704A
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张治平
钟瑞兴
周宇
蒋楠
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Abstract

本发明公开了一种具有降温装置的制冷系统及控制方法，所述制冷系统，包括：第一冷媒压缩循环，所述第一冷媒压缩循环包括第一压缩机，所述第一压缩机包括用于排气的蜗壳；第二冷媒压缩循环，所述第二冷媒压缩循环包括蒸发器部分和冷凝器部分，所述蒸发器部分设置在所述蜗壳上，所述冷凝器部分设置在所述第一压缩机的吸气管上。本发明的制冷系统通过增加第二冷媒压缩循环，并将第二冷媒压缩循环的蒸发器部分设置在蜗壳上、将冷凝器部分设置在第一压缩机的吸气管上，从而可以同时对第一压缩机的排气降温、吸气加热，避免壳体温度过高的问题，并消除了水滴对叶轮的冲击，增加了机组的安全性和安全运行周期。

Description

具有降温装置的制冷系统及控制方法
技术领域
本发明涉及压缩机技术领域，具体涉及一种具有降温装置的制冷系统及控制方法。
背景技术
机械蒸汽再压缩(Mechanical Vapour Recompression，简称MVR)系统是蒸汽热泵系统，其原理是通过机械压缩机压缩低温、低压蒸汽，使蒸汽的温度、压力及比焓得以提高，并在冷凝器中冷凝释放热，作为高品位热源使用。由于水的潜热大，特别适合蒸发温度较高的场合。但在实际工业生产中，制约系统应用的是作为热泵系统核心的水蒸汽压缩机技术，即系统受限于排气温度而无法实现高压比即高饱和温升，因此工业上应用较多的还是低压比、大流量的水蒸汽压缩机。
水蒸汽压缩机的排汽温度一般较高，大于100℃，若要实现高压比，排汽温度会进一步升高甚至达200多度，且排气过热度很大，因此，降低排气温，实现高压比高饱和温升是目前行业急需解决的问题。
目前行业内主要通过喷水降温，有入口喷水降温和出口喷水降温，这两种方式能在一定程度上降低排气温度，但降低有限，效果仍不理想，入口喷水降温，由于离心压缩机对湿压缩很敏感，大量喷水会对叶轮造成液击，影响可靠性，因此需对喷水进行严格控制，保证入口全是气体。出口喷水虽然降低了进入冷凝器的排气温度，但蜗壳内的气体温度仍然很高，一方面，还会带来壳体温度过高造成的机械安全问题，另一方面，蜗壳内流速增大使流动损失增大或者增大压缩机的体积。
发明内容
本发明公开了一种具有降温装置的制冷系统及控制方法，解决了排气温度高、容易对叶轮造成液击的问题。
根据本发明的一个方面，公开了一种制冷系统，包括：第一冷媒压缩循环，所述第一冷媒压缩循环包括第一压缩机，所述第一压缩机包括用于排气的蜗壳；第二冷媒压缩循环，所述第二冷媒压缩循环包括蒸发器部分和冷凝器部分，所述蒸发器部分设置在所述蜗壳上，所述冷凝器部分设置在所述第一压缩机的吸气管上。
进一步地，所述蒸发器部分包括冷却套，所述冷却套与所述蜗壳外壁之间围成用于流通冷媒的管路。
进一步地，所述冷却套具有冷媒进口和冷媒出口，所述冷媒进口靠近所述蜗壳的排气口设置，所述冷媒出口远离所述蜗壳的排气口设置。
进一步地，所述冷却套内的冷媒流动方向与所述蜗壳内叶轮的旋转方向相反。
进一步地，所述冷却套沿所述蜗壳的外周延伸设置。
进一步地，所述冷却套上设置有加强筋，所述加强筋连接所述冷却套与所述蜗壳。
进一步地，所述冷凝器部分包括套管，所述第一压缩机的吸气管穿设在所述套管内，所述套管与所述第一压缩机的吸气管之间形成用于流通冷媒的管路。
进一步地，在所述蒸发器部分和所述冷凝器部分之间的管路上设置有节流装置。
进一步地，所述制冷系统为制冷系统，所述第一压缩机为水蒸汽压缩机。
根据本发明的第二个方面，公开了一种用于控制上述的制冷系统的控制方法，所述第二冷媒压缩循环还包括节流装置，所述节流装置设置在所述蒸发器部分和所述冷凝器部分之间的管路上，所述控制方法包括以下步骤：步骤S10：获取第一压缩机的排气过热度D1、获取预设过热度D2；步骤S20：根据所述排气过热度D1与所述预设过热度D2的关系，控制所述节流装置的开度。
进一步地，所述步骤S20还包括：步骤S21：若D1＞D2，则控制所述节流装置增加开度。
进一步地，所述第一压缩机排气口位置处还设置有用于观察排气的视液镜，所述控制方法还包括以下步骤：步骤S30：观察第一压缩机的排气状态；步骤S40：根据所述第一压缩机的排气状态，控制所述节流装置的开度。
进一步地，所述步骤S40还包括：步骤S41：若观察到所述第一压缩机的排气中存在液滴，则控制所述节流装置减小开度。
根据本发明的第三个方面，公开了一种用于上述的制冷系统的控制方法，所述第二冷媒压缩循环还包括节流装置，所述节流装置设置在所述蒸发器部分和所述冷凝器部分之间的管路上，所述控制方法包括以下步骤：步骤S10：获取第一压缩机的吸气过热度D3、获取预设过热度D2；步骤S20：根据所述吸气过热度D1与所述预设过热度D2的关系，控制所述节流装置的开度。
进一步地，所述步骤S20还包括：步骤S21：若D3＞D2，则控制所述节流装置增大开度。
本发明的制冷系统通过增加第二冷媒压缩循环，并将第二冷媒压缩循环的蒸发器部分设置在蜗壳上、将冷凝器部分设置在第一压缩机的吸气管上，从而可以通过蒸发器部分将第一压缩机中高过热度的排气降温，使排气达到饱和状态，避免过高排气温度带来的壳体温度过高的问题，同时，通过冷凝器部分将第一压缩机的吸气加热，使液滴气化为蒸汽，消除了水滴对叶轮的冲击，增加了机组的安全性和安全运行周期。
附图说明
图1是本发明实施例的制冷系统的结构示意图；
图2是本发明实施例的蜗壳的立体图；
图3是本发明实施例的蜗壳的剖视图；
图例：1、第一冷媒压缩循环；10、蜗壳；11、排气口；2、第二冷媒压缩循环；20、蒸发器部分；21、冷却套；211、冷媒进口；212、冷媒出口；22、加强筋；30、第二压缩机；40、节流装置；50、冷凝器部分。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不局限于说明书上的内容。
如图1所示，本发明公开了一种制冷系统，包括：第一冷媒压缩循环1和第二冷媒压缩循环2，第一冷媒压缩循环1包括第一压缩机，第一压缩机包括用于排气的蜗壳10；第二冷媒压缩循环2包括蒸发器部分20和冷凝器部分50，蒸发器部分20设置在蜗壳10上，冷凝器部分50设置在第一压缩机的吸气管上。本发明的制冷系统通过增加第二冷媒压缩循环2，并将第二冷媒压缩循环的蒸发器部分20设置在蜗壳10上、将冷凝器部分50设置在第一压缩机的吸气管上，从而可以通过蒸发器部分20将第一压缩机中高过热度的排气降温，使排气达到饱和状态，避免过高排气温度带来的壳体温度过高的问题，同时，通过冷凝器部分50将第一压缩机的吸气加热，使液滴气化为蒸汽，消除了水滴对叶轮的冲击，增加了机组的安全性和安全运行周期。
如图2和图3所示，在上述实施例中，蒸发器部分20包括冷却套21，冷却套21与蜗壳10外壁之间围成用于流通冷媒的管路。本发明的制冷系统通过在蜗壳10外壁上设置冷却套21，使冷却套21与蜗壳10外壁之间围成用于流通冷媒的管路，从而可以通过第二冷媒压缩循环2中的冷媒对蜗壳10降温，进而降低第一压缩机的排气温度，避免过高排气温度带来的壳体温度过高、流动损失增加、冷凝器体积过大和初期投入过高等问题。
在上述实施例中，冷却套21具有冷媒进口211和冷媒出口212，冷媒进口211靠近蜗壳10的排气口11设置，冷媒出口212远离蜗壳10的排气口11设置。本发明的制冷系统通过将冷媒进口211设置在靠近蜗壳10的排气口11位置处，将冷媒出口212设置在远离蜗壳10的排气口11位置处，从而可使排气流向与冷却套21内的冷媒流向相反，形成逆流，使换热温差变大，提高换热效果。
在上述实施例中，冷却套21内的冷媒流动方向与蜗壳10内叶轮的旋转方向相反。本发明的制冷系统，冷却套21内的冷媒流动方向设置成与蜗壳10内叶轮的旋转方向相反，由于蜗壳10中不同截面处的容积流量是不同的，以水蒸汽压缩机为例，水蒸汽的容积流量与位置角成正比，所以离水蒸汽排气法兰口越近的截面，容积流量越大，需要的换热量也越大，离水蒸汽排气法兰口越远的截面，容积流量越小，需要的换热量也越小，所以冷却套21内的冷媒与叶轮的旋转方向相反，也就是与水蒸汽的流向相反，从而就使换热温差增大，提高换热效果。
在上述实施例中，冷却套21沿蜗壳10的外周延伸设置。冷却套21上设置有加强筋22，加强筋22连接冷却套21与蜗壳10。本发明的制冷系统，通过设置加强筋22，可以提高蜗壳10的整体强度，提高使用的可靠性。
在上述实施例中，冷凝器部分50包括套管，第一压缩机的吸气管穿设在套管内，套管与第一压缩机的吸气管之间形成用于流通冷媒的管路。本发明的制冷系统，通过设置套管，使冷媒可以在套管与第一压缩机的吸气管间流动，从而对吸气管内的水蒸汽液滴加热，使液滴蒸发，消除了液滴对叶轮的冲击，增加了机组的安全性和安全运行周期。
在上述实施例中，在蒸发器部分20和冷凝器部分50之间的管路上设置有节流装置40。
在上述实施例中，制冷系统为制冷系统，第一压缩机为水蒸汽压缩机。
根据本发明的第二个方面，公开了一种用于控制上述的制冷系统的控制方法，第二冷媒压缩循环2还包括节流装置40，节流装置40设置在蒸发器部分20和冷凝器部分50之间的管路上，控制方法包括以下步骤：
步骤S10：获取第一压缩机的排气过热度D1、获取第一压缩机的预设过热度D2；
步骤S20：根据排气过热度D1与预设过热度D2的关系，控制节流装置40的开度。
在上述实施例中，步骤S20还包括：
步骤S21：若D1＞D2，则控制节流装置40增加开度。
在上述实施例中，第一压缩机排气口位置处还设置有用于观察排气的视液镜，控制方法还包括以下步骤：
步骤S30：观察第一压缩机的排气状态；
步骤S40：根据第一压缩机的排气状态，控制节流装置40的开度。
在上述实施例中，步骤S40还包括：
步骤S41：若观察到第一压缩机的排气中存在液滴，则控制节流装置40减小开度。
本发明的制冷系统，根据监测到的排气过热度和第一压缩机的排气状态，来调节节流装置40的开度，若排气过热度很高，则可增大节流装置40的开度，增加流量，若通过视液镜看到排气有液滴，则需减小节流装置40开度，减小流量，削弱换热，保证排气为饱和气体。
根据本发明的第三个方面，公开了一种用于控制上述的制冷系统的控制方法，其第二冷媒压缩循环2还包括节流装置40，节流装置40设置在蒸发器部分20和冷凝器部分50之间的管路上，控制方法包括以下步骤：
步骤S10：获取第一压缩机的吸气过热度D3、获取第一压缩机的预设过热度D2；
步骤S20：根据吸气过热度D1与预设过热度D2的关系，控制节流装置40的开度。
在上述实施例中，步骤S20还包括：
步骤S21：若D3＞D2，则控制节流装置40增大开度。
本发明的制冷系统，根据监测到的吸气过热度和第一压缩机的排气状态，来调节节流装置40的开度，若吸气过热度很高，则可增大节流装置40的开度，增加流量，若通过视液镜看到排气有液滴，则需减小节流装置40开度，减小流量，削弱换热，保证排气为饱和气体。
显然，本发明的上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (15)

1.一种制冷系统，其特征在于，包括：
第一冷媒压缩循环(1)，所述第一冷媒压缩循环(1)包括第一压缩机，所述第一压缩机包括用于排气的蜗壳(10)；
第二冷媒压缩循环(2)，所述第二冷媒压缩循环(2)包括蒸发器部分(20)和冷凝器部分(50)，所述蒸发器部分(20)设置在所述蜗壳(10)上，所述冷凝器部分(50)设置在所述第一压缩机的吸气管上。
2.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，
所述蒸发器部分(20)包括冷却套(21)，所述冷却套(21)与所述蜗壳(10)外壁之间围成用于流通冷媒的管路。
3.根据权利要求2所述的制冷系统，其特征在于，
所述冷却套(21)具有冷媒进口(211)和冷媒出口(212)，所述冷媒进口(211)靠近所述蜗壳(10)的排气口(11)设置，所述冷媒出口(212)远离所述蜗壳(10)的排气口(11)设置。
4.根据权利要求3所述的制冷系统，其特征在于，
所述冷却套(21)内的冷媒流动方向与所述蜗壳(10)内叶轮的旋转方向相反。
5.根据权利要求2所述的制冷系统，其特征在于，
所述冷却套(21)沿所述蜗壳(10)的外周延伸设置。
6.根据权利要求2所述的制冷系统，其特征在于，
所述冷却套(21)上设置有加强筋(22)，所述加强筋(22)连接所述冷却套(21)与所述蜗壳(10)。
7.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，
所述冷凝器部分(50)包括套管，所述第一压缩机的吸气管穿设在所述套管内，所述套管与所述第一压缩机的吸气管之间形成用于流通冷媒的管路。
8.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，
在所述蒸发器部分(20)和所述冷凝器部分(50)之间的管路上设置有节流装置(40)。
9.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，
所述制冷系统为制冷系统，所述第一压缩机为水蒸汽压缩机。
10.一种用于控制权利要求1至9中任一项所述的制冷系统的控制方法，其特征在于，所述第二冷媒压缩循环(2)还包括节流装置(40)，所述节流装置(40)设置在所述蒸发器部分(20)和所述冷凝器部分(50)之间的管路上，所述控制方法包括以下步骤：
步骤S10：获取第一压缩机的排气过热度D1、获取预设过热度D2；
步骤S20：根据所述排气过热度D1与所述预设过热度D2的关系，控制所述节流装置(40)的开度。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S20还包括：
步骤S21：若D1＞D2，则控制所述节流装置(40)增加开度。
12.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述第一压缩机排气口位置处还设置有用于观察排气的视液镜，所述控制方法还包括以下步骤：
步骤S30：观察第一压缩机的排气状态；
步骤S40：根据所述第一压缩机的排气状态，控制所述节流装置(40)的开度。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S40还包括：
步骤S41：若观察到所述第一压缩机的排气中存在液滴，则控制所述节流装置(40)减小开度。
14.一种用于控制权利要求1至9中任一项所述的制冷系统的控制方法，其特征在于，所述第二冷媒压缩循环(2)还包括节流装置(40)，所述节流装置(40)设置在所述蒸发器部分(20)和所述冷凝器部分(50)之间的管路上，所述控制方法包括以下步骤：
步骤S10：获取第一压缩机的吸气过热度D3、获取预设过热度D2；
步骤S20：根据所述吸气过热度D1与所述预设过热度D2的关系，控制所述节流装置(40)的开度。
15.根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S20还包括：
步骤S21：若D3＞D2，则控制所述节流装置(40)增大开度。
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