用于往復(fù)式壓縮機(jī)的控制系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于往復(fù)式壓縮機(jī)的控制系統(tǒng)和方法
[0001]本申請(qǐng)是2012年I月25日提交的名為“用于往復(fù)式壓縮機(jī)的控制系統(tǒng)和方法”的申請(qǐng)?zhí)枮镃N201280006608.4的中國專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種使得能夠控制往復(fù)式壓縮機(jī)的停止(制動(dòng))表現(xiàn)的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0003]往復(fù)式密封壓縮機(jī)包括具有往復(fù)式運(yùn)動(dòng)的連桿-曲柄和活塞類型，并且寬泛地用于冷卻設(shè)備、家用和商用領(lǐng)域中。
[0004]往復(fù)式壓縮機(jī)可以是恒定容量類型的壓縮機(jī)，其中兩個(gè)恒定速度狀態(tài)(0N/0FF)的控制借助在最大溫度下接通壓縮機(jī)并且在最小溫度下關(guān)閉壓縮機(jī)來執(zhí)行；或者變?nèi)萘康膲嚎s機(jī)，其中由一些機(jī)電裝置或電子電路來執(zhí)行控制，所述機(jī)電裝置或電子電路能夠?qū)θQ于在冷卻設(shè)備上待被控制的變量(例如，隔間的內(nèi)部溫度)的程序作出響應(yīng)，其中所述壓縮機(jī)在變化的速度以及停止時(shí)以往復(fù)操作循環(huán)起作用。
[0005]在操作時(shí)段期間，往復(fù)式壓縮機(jī)負(fù)責(zé)使得冷卻氣體循環(huán)通過冷卻回路，連桿-曲柄和活塞機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)執(zhí)行周期性運(yùn)動(dòng)，該該周期性運(yùn)動(dòng)中，活塞在其前進(jìn)期間提高氣體壓力并且冷卻氣體施加相反的應(yīng)力到該機(jī)構(gòu)上以及到轉(zhuǎn)動(dòng)桿軸上。在該活塞上的該應(yīng)力以及在該機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)動(dòng)桿軸上的隨后反作用在轉(zhuǎn)動(dòng)桿軸的一圈轉(zhuǎn)動(dòng)中顯著地變化，該變化與冷卻氣體壓力的值成正比(蒸發(fā)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(fù)式壓縮機(jī)的冷卻設(shè)備，在壓縮機(jī)關(guān)閉的時(shí)刻，由于施加轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的該組件的慣性、主要由于馬達(dá)轉(zhuǎn)子的慣性，該機(jī)構(gòu)仍轉(zhuǎn)動(dòng)。該慣性運(yùn)動(dòng)在壓縮機(jī)的停止期間導(dǎo)致抖動(dòng)，這是由氣體的壓差導(dǎo)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(shí)桿軸的急劇停止或沿相反方向的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)引起，這是因?yàn)榛钊荒軌蚩朔搲毫?。因此，氣體在交替運(yùn)動(dòng)中被壓縮和解壓縮，這可能導(dǎo)致往復(fù)式壓縮機(jī)出現(xiàn)問題。
[0007]鑒于此，停止抖動(dòng)在用于冷卻的往復(fù)式壓縮機(jī)中是典型的。通常，在該壓縮機(jī)內(nèi)部設(shè)計(jì)懸掛彈簧系統(tǒng)，該懸掛彈簧系統(tǒng)支承整個(gè)組件，以便吸收沖擊并且衰減該沖擊并且不導(dǎo)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(jī)操作所處的壓力的差異越大，停止沖擊將越大。
[0008]對(duì)在壓縮機(jī)停止時(shí)的抖動(dòng)問題的一個(gè)工程上的解決方案是懸掛彈簧的平衡設(shè)計(jì)。懸掛彈簧的主要功能是衰減在栗送系統(tǒng)的正常操作期間由于活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的振動(dòng)的傳遞，因此防止這些振動(dòng)被傳送到外部壓縮機(jī)主體上以及因此傳送到冷卻器上，這種傳遞會(huì)導(dǎo)致噪聲。這樣，彈簧則應(yīng)當(dāng)足夠軟以除了吸收停止沖擊外還衰減正常運(yùn)行的振動(dòng)。在另一方面，彈簧不應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成過軟而達(dá)到在該停止沖擊期間允許組件長移位的程度，因?yàn)檫@可能導(dǎo)致在機(jī)械止動(dòng)件處的沖撞，從而增加噪聲。類似地，該設(shè)計(jì)應(yīng)采用不導(dǎo)致在彈簧上的過量應(yīng)力達(dá)到導(dǎo)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(jī)上以及在其部件具有較少內(nèi)部質(zhì)量的壓縮機(jī)上，該停止抖動(dòng)更為強(qiáng)烈。此外，與壓力狀況相關(guān)以及與組件質(zhì)量相關(guān)的因素使得難以設(shè)計(jì)懸掛彈簧，并且人們越想要衰減正常操作振動(dòng)，該項(xiàng)目越超乎尋常，尤其是在低速旋轉(zhuǎn)的操作時(shí)。鑒于此，人們面臨難以被滿足的更為嚴(yán)峻的輪廓狀況。
[0010]在其中存在嚴(yán)苛壓力條件、組件重量的優(yōu)化、顯著地降低低速旋轉(zhuǎn)操作中的振動(dòng)水平的需求的設(shè)計(jì)中，彈簧設(shè)計(jì)的方案可能不能滿足全部想要的條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]因此，本發(fā)明的第一目的在于提供一種用于減少懸掛系統(tǒng)的彈簧的剛度的系統(tǒng)和方法，由此最小化在正常操作期間的振動(dòng)水平。
[0012]本發(fā)明的另一目的在于提供一種能夠降低對(duì)懸掛系統(tǒng)的穩(wěn)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(tǒng)和方法。
[0013]本發(fā)明的又一目的在于提供一種能夠使得壓縮機(jī)能夠操作在高壓差狀況下的系統(tǒng)和方法，在所述高壓差狀況下，所述壓縮機(jī)可被關(guān)閉，而不產(chǎn)生不想要的沖撞和噪聲。
[0014]本發(fā)明的目的借助用于冷卻壓縮機(jī)的控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，所述系統(tǒng)至少包括一個(gè)電子控制器以及一個(gè)往復(fù)式壓縮機(jī)，所述往復(fù)式壓縮機(jī)包括至少一個(gè)機(jī)械組件，所述機(jī)械組件包括至少一個(gè)壓縮機(jī)構(gòu)和一個(gè)馬達(dá)，所述控制系統(tǒng)構(gòu)造成檢測所述壓縮機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度并且在檢測到所述轉(zhuǎn)動(dòng)速度低于速度水平之后向所述機(jī)械組件施加制動(dòng)扭矩。
[0015]此外，還提出了用于密封冷卻壓縮機(jī)的控制方法，包括步驟:
Ca)檢測機(jī)械組件的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，所述機(jī)械組件包括至少一個(gè)壓縮機(jī)構(gòu)和一個(gè)馬達(dá)；
(b)將所述轉(zhuǎn)動(dòng)速度與速度水平比較；以及
(c)在檢測表明所述轉(zhuǎn)動(dòng)速度低于速度水平的情況下施加制動(dòng)扭矩以使得所述機(jī)械控制器減速。
【附圖說明】
[0016]現(xiàn)將參考下述附圖來更詳細(xì)地描述本發(fā)明:
圖1是冷卻系統(tǒng)的不意圖；
圖2是壓縮機(jī)以及在該壓縮機(jī)內(nèi)部的主要子系統(tǒng)的控制的示意圖；
圖3是往復(fù)式壓縮機(jī)的機(jī)械子系統(tǒng)的細(xì)節(jié)的示意圖；
圖4是壓縮機(jī)的壓縮過程以及桿軸的速度的示意圖；
圖5是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的在啟動(dòng)期間壓縮機(jī)的壓縮過程以及桿軸的速度的示意圖；以及圖6是根據(jù)本發(fā)明的在啟動(dòng)期間壓縮機(jī)的壓縮過程以及桿軸的速度的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1所示，冷卻系統(tǒng)包括往復(fù)式壓縮機(jī)3，所述往復(fù)式壓縮機(jī)由電功率網(wǎng)絡(luò)I饋送并且具有能夠控制往復(fù)式壓縮機(jī)3的操作的電子控制器2。往復(fù)式壓縮機(jī)3驅(qū)動(dòng)氣體循環(huán)閉環(huán)回路18中的冷卻氣體，從而產(chǎn)生在該回路內(nèi)的冷卻氣流78，并且將該氣體引導(dǎo)到冷凝器5。在冷凝器5之后，冷卻氣體經(jīng)過流冷卻裝置6，所述流冷卻裝置例如可以是毛細(xì)管。然后，氣體被引導(dǎo)到蒸發(fā)器4并且之后返回到往復(fù)式壓縮機(jī)3，從而重新啟動(dòng)氣體循環(huán)回路。
[0018]圖2示出了在往復(fù)式壓縮機(jī)內(nèi)部的子系統(tǒng)的焦點(diǎn)，所述往復(fù)式壓縮機(jī)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(jī)械組件12的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)，所述機(jī)械組件由馬達(dá)9和壓縮機(jī)構(gòu)8來形成，所述馬達(dá)9和壓縮機(jī)構(gòu)8由桿軸10機(jī)械地互連，所述桿軸傳遞扭矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0019]由于不平衡以及扭矩變化而由壓縮機(jī)構(gòu)8產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)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(shù)(也就是說，盡可能軟)，以便增加振動(dòng)過濾的有效性。然而，如果懸掛彈簧11被制成是軟的，則該設(shè)計(jì)增加了在往復(fù)式壓縮機(jī)3的停止期間機(jī)械組件12的擺動(dòng)過渡幅值以及位移，能夠?qū)е聶C(jī)械組件12 (驅(qū)動(dòng)和壓縮)與往復(fù)式壓縮機(jī)3的殼體17之間的機(jī)械沖撞，從而產(chǎn)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(jī)構(gòu)8，所述壓縮機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)動(dòng)桿軸10，連桿16被聯(lián)接到所述轉(zhuǎn)動(dòng)桿軸。連桿16在往復(fù)式運(yùn)動(dòng)期間修整轉(zhuǎn)動(dòng)桿軸10的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所述連桿驅(qū)動(dòng)活塞15以使其在氣缸13內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，從而使得被壓縮氣體循環(huán)通過閥板14。該機(jī)構(gòu)壓縮氣體，使得產(chǎn)生高壓差以及高反作用扭矩峰值。轉(zhuǎn)動(dòng)桿軸10的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由其自身的慣性來保持，其平均速度由馬達(dá)9的扭矩生成來保持。
[0021]圖4示出了由馬達(dá)9產(chǎn)生的操作扭矩20，該操作扭矩遭遇壓縮機(jī)構(gòu)8的反作用扭矩21，所述反作用扭矩構(gòu)造成導(dǎo)致往復(fù)式壓縮機(jī)3的轉(zhuǎn)動(dòng)桿軸10的轉(zhuǎn)動(dòng)速度23變化。轉(zhuǎn)動(dòng)桿軸10的該轉(zhuǎn)動(dòng)速度23在整個(gè)壓縮循環(huán)中變化，壓縮循環(huán)在活塞15的下止點(diǎn)處(通常，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)角度是零時(shí))開始，通常在接近180度的轉(zhuǎn)動(dòng)角度的較小角度下達(dá)到最大壓縮和最大反作用扭矩21，由此導(dǎo)致桿軸的減速。
[0022]如從圖5中能看到的，在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的往復(fù)式壓縮機(jī)3的停止過程期間，在當(dāng)馬達(dá)9停止產(chǎn)生操作扭矩20時(shí)的停止時(shí)刻22，壓縮機(jī)構(gòu)8繼續(xù)其由儲(chǔ)存在轉(zhuǎn)動(dòng)桿軸10上的動(dòng)能饋送的慣性運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)桿軸10的轉(zhuǎn)動(dòng)速度23隨著被完成的每個(gè)壓縮循環(huán)而逐漸減少，從而從轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量桿軸10汲取動(dòng)能直到?jīng)_擊時(shí)刻24，在沖擊時(shí)刻24，由于轉(zhuǎn)動(dòng)桿軸的急劇減少的旋轉(zhuǎn)，存在不足以完成壓縮循環(huán)的足夠能量。
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