一種離心式冷水機組及斷電快速啟動方法與流程

本發明涉及空調設備機組及啟動方法，具體涉及一種離心式冷水機組及斷電后的快速啟動方法。

背景技術：

隨著國民經濟發展，目前在一些工藝流程和數據中心使用的冷水機組一般都要求其具備電源異常斷開并短時間內恢復后快速啟動提供制冷的功能。由于電源的異常斷開，會對機組的一些機械零件及控制系統的運行產生影響，如果按照常規的機組設計，無法達到上述客戶所提出的要求。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是要提供一種可以在主電源異常斷開并短時間恢復的情況下實現快速啟動的離心式冷水機組及其啟動方法。該機組在原有離心式冷水機組的基礎上通過一些專用設計以實現上述功能，具有成本低、停機時間短、安全可靠等優點。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種能夠實現斷電快速啟動的離心式冷水機組，包括離心式壓縮機、蒸發器、冷凝器、快速啟動柜、ups不間斷電源、控制器；其中，壓縮機和蒸發器通過吸氣管相連；壓縮機的排氣排往冷凝器，冷凝器與蒸發器相連，制冷劑在上述的壓縮機、冷凝器、和蒸發器之間形成循環；其特征在于還設置壓縮機快速卸載裝置，壓縮機快速卸載裝置包括四通閥、快速卸載閥，具體為：在四通閥外設置一個快速卸載閥連通四通閥的高壓油出口與活塞腔高壓油腔，該一個快速卸載閥所在流道與四通閥內部進流流道同時構成高壓進油通道；在四通閥外設置另一個快速卸載閥連通活塞腔低壓油腔與油槽，活塞腔內的低壓腔通過該另一個快速卸載閥及四通閥內部回流流道同時連通油槽；在壓縮機的入口設置有可調導葉，可調導葉由四通閥控制開閉。

進一步地，上述快速卸載閥為電磁閥，其內部通徑為機組正常運行時油路通徑的3~4倍。

進一步地，上述的快速啟動柜包括啟動裝置、來電檢測繼電器及延時繼電器；所述的快速啟動柜內的啟動裝置為星三角、變頻、固態等離心壓縮機的啟動器中的一種。

進一步地，上述的ups不間斷電源包括一臺ups電源、變壓器及相應的接線端子；所述ups不間斷電源的供電來自快速啟動柜的進線端；ups不間斷電源內含變壓器，將ups輸出的供電轉化為控制器所能使用的電源。

上述技術方案中，用戶的供電電纜接入快速啟動柜，快速啟動柜的動力部分接入壓縮機，并在快速啟動柜內引出兩根220vac的供電通往ups柜，經過ups柜的處理后通入機組控制柜，機組控制柜發出的控制信號控制快速啟動柜、四通閥及油泵元件的運行，油泵的供油則通過管道為壓縮機和四通閥供油。

進一步地，上述的控制器包括一個plc可編程控制器。

一種離心式冷水機組實現斷電快速啟動的方法，其特征在于：

在機組主電源異常斷開時，延時繼電器得到信號并傳遞至控制器，控制器控制機組進入快速啟動模式并啟動ups不間斷電源，機組油泵保持運轉，壓縮機快速卸載裝置開啟，壓縮機快速卸載裝置通過開啟旁路油壓快速推動活塞缸的能量調節活塞迅速動作以實現壓縮機快速卸載，使壓縮機的進口可調導葉在短時間內關至零位；同時控制器持續監測快速啟動柜內的來電檢測繼電器狀態；

如果短時間內供電恢復，當現場電源恢復時，來電檢測繼電器動作，將信號傳遞給控制器，控制器通過設置在快速啟動柜內的繼電器得到信號，在5~10秒內完成對壓縮機可調導葉、機組水流狀態、快速啟動柜狀態狀態的確認，確認符合啟動狀態后向啟動柜發送啟動指令，保證機組在安全的狀態下迅速啟動；如果機組各子系統在要求的時間內未能達到準備啟動的狀態，控制器會終止快速啟動模式，并發出相應的指令，控制器終止快速啟動后會進入常規模式，控制器按照正常模式下的控制邏輯啟動機組。

進一步地，上述快速卸載閥在機組正常運行時關閉，在機組進入快速啟動模式時開啟，直至壓縮機導葉關至零位時關閉。

進一步地，上述延時繼電器用于檢測機組的主電源狀態，主電源掉開時，延時繼電器脫開，將主電源斷開信號傳遞給控制器；延時繼電器的狀態為掉電立刻斷開，來電延時閉合。

進一步地，上述延時繼電器同時串接在啟動的啟動回路，作為啟動回路的硬件保護，用以防止瞬時掉電發生時plc無法掃描到掉電發生，而不能激活快啟功能。

相對于現有技術，本發明的優點在于：

控制器采用ups供電，實現不間斷的控制輸出，保證壓縮機快速啟動過程可控。

通過快速卸載設計使壓縮機的可調吸氣導葉在最短時間內關閉，保證壓縮機的空載啟動。

采用時間繼電器作為掉電檢測元件，通過時間繼電器的延時確保掉電信號能發送至控制器，有效防止用戶現場出現閃斷時機組錯誤動作。

將時間繼電器串入啟動柜啟動回路，能夠保證40ms以上瞬時斷電或供電回路切換等情況下正常激活快啟功能。

采用時間繼電器和進線繼電器同時作為來電狀態的判斷，防止因器件誤動作導致機組錯誤動作。

快速啟動過程全程油泵保持運行，確保過程中潤滑油供應正常。

快速啟動過程全程監測各啟動條件，確保啟動過程安全可靠。

本發明通過專設的快速啟動程序，可以使機組在30-45秒內實現再啟動，保障用戶現場的制冷量供應。

由此，本發明在設計上盡量減少對原有機組結構和電氣元件的改動，通過控制程序的專門設計，以較低的成本實現了在主電源異常斷開并短時間恢復的情況下快速啟動的功能，保證機組安全啟動并迅速提供客戶所需供冷。

附圖說明

圖1為本發明的實現斷電快速啟動的離心式冷水機組結構示意圖（以380v機組為例）。

圖2為常規卸載原理圖；

圖3為本發明的壓縮機快速卸載裝置原理結構圖；

圖4為基于本發明的啟動方法流程圖。

具體實施方式

為了進一步說明本發明的技術方案，下面結合附圖1-4對本發明進行詳細的說明，便于更清楚地了解本發明，但它們不對本發明構成限定。

如圖1所示，為本發明一種可以實現斷電快速啟動的離心式冷水機組結構示意圖，包括蒸發器11、冷凝器14、離心式壓縮機10、壓縮機快速卸載裝置、快速啟動柜16、ups柜17（內設ups不間斷電源）、機組控制柜18（內設控制器和時間繼電器）以及一些其他必要的輔助設施。該機組的壓縮機10和蒸發器11通過吸氣管12相連，在壓縮機的入口設置有可調導葉13，可調導葉13由四通閥2控制開閉。壓縮機10的排氣排往冷凝器14，冷凝器14通過膨脹閥15與蒸發器11相連，制冷劑在上述的壓縮機10、冷凝器14、膨脹閥15和蒸發器11之間形成循環。用戶的供電電纜接入快速啟動柜16，快速啟動柜的動力部分接入壓縮機10，并在快速啟動柜16內引出兩根220vac的供電通往ups柜17，經過ups柜17的處理后通入機組控制柜18，機組控制柜18發出的控制信號控制快速啟動柜16、四通閥2及油泵19等元件的運行。油泵19的供油則通過管道為壓縮機10和四通閥2供油。

進一步地，上述的離心式壓縮機、蒸發器、冷凝器與普通離心式冷水機組一致。

進一步地，上述控制器為plc可編程控制器，控制器內置有快速啟動專用程序。

進一步地，所述的快速啟動柜16內的啟動裝置可以是星三角、變頻、固態等離心壓縮機的啟動器。上述啟動柜內設有延時繼電器，延時繼電器的狀態為掉電立刻斷開，來電延時閉合。

進一步地，上述延時繼電器用于檢測機組的主電源狀態，主電源掉開時，延時繼電器脫開，將主電源斷開信號傳遞給控制器。

進一步地，上述延時繼電器同時串接在啟動的啟動回路，作為啟動回路的硬件保護，用以防止瞬時掉電發生時plc無法掃描到掉電發生，而不能激活快啟功能。

進一步地，上述延時繼電器的延時設置為3~5秒。

進一步地，上述啟動柜內設有來電檢測繼電器，當機組主供電恢復后，來電檢測繼電器動作，將信號傳遞給控制器。

進一步地，ups柜17中ups不間斷電源的供電來自快速啟動柜16的進線端。

進一步地，上述ups不間斷電源在機組主電源斷開時自動為機組油泵19及控制系統提供供電。其容量能保證油泵及控制系統持續運行3min以上。

進一步地，上述ups不間斷電源內含變壓器，將ups輸出的供電轉化為控制器所能使用的電源。

上述方案中，參照圖2和圖3對圖1中壓縮機快速卸載裝置的工作原理說明如下：

常規壓縮機的卸載如圖2所示，在四通閥1的控制下，高壓的潤滑油2通過四通閥內部通道3流向活塞腔4的左側，推動活塞閥5向右移動，活塞腔4內的低壓潤滑油6通過四通閥內部流道7排往油槽。向右移動的活塞閥5通過壓縮機內部設置的連桿機構帶動壓縮機進口可調導葉動作，從而關閉進口可調導葉，確保壓縮機再次啟動時處于最小的負荷下。

但是，在本發明中，如圖3所示采用壓縮機快速卸載裝置，所述的壓縮機快速卸載裝置為通過開啟旁路油壓快速推動能量調節活塞迅速動作以實現壓縮機快速卸載。也即在圖2基礎上增設快速卸載閥8和快速卸載閥9。一般上述快速卸載閥為電磁閥，其內部通徑為機組正常運行時油路通徑的3~4倍。在控制程序作用下，上述快速卸載閥在機組正常運行時關閉，在機組進入快速啟動狀態時開啟，至壓縮機可調導葉（可調吸氣導葉）關至零位關閉。

在快速卸載模式下，快速卸載閥8和快速卸載閥9開啟，高壓的潤滑油通過快速卸載閥8以及四通閥的內部流道3兩路同時流向活塞腔4左側，推動活塞閥5向右移動，活塞腔4內的低壓潤滑油6通過快速卸載閥9及四通閥內部流道7兩路同時排往油槽。向右移動的活塞閥5帶動壓縮機進口可調導葉13關閉。本實施例優選快速卸載閥8和快速卸載閥9為常規結構的膜片式電磁閥，其通徑比四通閥內部流道3及內部流道7的通徑大2~3倍以上，因此快速卸載狀態下的可調導葉13關閉速度是圖1常規卸載狀態的2~3倍。

上述方案中，在機組主電源異常斷開時，在ups不間斷電源的支持下機組不會掉電，控制器發出指令保持機組油泵持續運轉，并斷開快速啟動柜內的合閘信號，同時，控制器還要求壓縮機快速卸載裝置投入使用，壓縮機快速卸載裝置通過開啟旁路油壓快速推動活塞缸的能量調節活塞迅速動作以實現壓縮機快速卸載，使壓縮機的進口可調導葉在短時間內關至零位；此時，如果短時間內供電恢復，控制器通過設置在快速啟動柜內的繼電器得到信號，迅速發出開機指令，保證機組在安全的狀態下迅速啟動，實現機組快速啟動；如果機組各子系統在要求的時間內未能達到準備啟動的狀態，控制器會終止快速啟動模式，并發出相應的指令，控制器終止快速啟動后會進入常規模式，控制器按照正常模式下的控制邏輯啟動機組。

結合圖4，對本發明快速啟動的方法說明如下：

當現場電源發生突然斷電時空調機組進入斷電模式正常運行，此時設置在機組控制柜18內的時間繼電器得到信號斷開，并將信號傳遞至控制器，控制器進入快速啟動模式（圖4中rs狀態）并啟動計時器t1，在進入快速啟動模式的同時，控制器發送指令，使機組油泵19保持運行并開啟快速卸載閥8和快速卸載閥9，壓縮機的進口可調導葉13快速關閉；控制器同時還將機組所有報警信號復位，關閉油冷系統以防止潤滑油過冷，同時控制器對所有涉及壓縮機安全啟動的參數進行持續監控（水流、水溫、油溫、油壓等）；

如果現場的電源在突然斷電之后20秒之內（計時器t1小于等于20秒）恢復，控制器在電源恢復的5秒鐘內完成對進線繼電器和時間繼電器的狀態判斷，如果兩者狀態均符合（時間繼電器為閉合狀態，進線繼電器為斷開狀態）來電判斷，控制器進入啟動判斷步驟：1）在確定所有啟動條件均滿足的情況下，控制器在計時器t1等于30秒時發出指令，使機組啟動，若在此過程中有任意啟動條件不能滿足，控制器發出相應的報警信息并退出報警，空調機組繼續在斷電模式下運行；2）如果在電源恢復的5秒鐘內，控制器檢測的進線繼電器和時間繼電器判斷不一致，則說明存在錯誤信號，控制器發出報警信號并退出快速啟動模式；3）如果現場電源的恢復時間在20秒~35秒之間（20秒≤t1≤35秒），控制器按上述啟動判斷步驟1）和2）的方式進行啟動判斷，但發出啟動指令的時間由計時器t1等于固定30秒更改為來電之后延時10秒，即在此條件下，機組最遲將在t1=45秒時啟動；4）如果現場電源的恢復時間在35秒之后，也即t1＞35秒時仍未滿足來電判斷條件，則控制器退出快速啟動模式。

也即，上述的控制方法對于機組電源的恢復時間要求在0~35秒內。

進一步地，上述的控制方法可以控制機組在電源恢復后的10秒內完成啟動。

進一步地，上述的控制方法要求機組水系統保持運行。

相對于現有技術，本發明的優點在于：

控制器采用ups供電，在機組主電源斷開時自動為機組油泵及控制系統提供供電，實現不間斷的控制輸出，保證壓縮機快速啟動過程可控。

通過快速卸載設計使壓縮機的可調吸氣導葉在最短時間內關閉，保證壓縮機的空載啟動。

采用時間繼電器作為掉電檢測元件，通過時間繼電器的延時確保掉電信號能發送至控制器，有效防止用戶現場出現閃斷時機組錯誤動作。

將時間繼電器串入啟動柜啟動回路，能夠保證40ms以上瞬時斷電或供電回路切換等情況下正常激活快啟功能。

采用時間繼電器和進線繼電器同時作為來電狀態的判斷，防止因器件誤動作導致機組錯誤動作。

快速啟動過程全程油泵保持運行，確保過程中潤滑油供應正常。

快速啟動過程全程監測各啟動條件，確保啟動過程安全可靠。

本發明通過專設的快速啟動程序，可以使機組在30-45秒內實現再啟動，保障用戶現場的制冷量供應。

本發明在設計上盡量減少對原有機組結構和電氣元件的改動，通過控制程序的專門設計，以較低的成本實現了快速啟動的功能。