ES2643319T3 - Protección contra las vibraciones en un compresor de velocidad variable - Google Patents

Protección contra las vibraciones en un compresor de velocidad variable Download PDF

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Jean-Luc M. Caillat
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Description

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DESCRIPCION
Proteccion contra las vibraciones en un compresor de velocidad variable
La presente divulgacion se refiere a compresores y, mas particularmente, a la proteccion contra vibraciones de un sistema compresor con un compresor de velocidad variable.
Los enunciados de esta seccion solamente proporcionan informacion basica relacionada con la presente divulgacion y quizas no constituyan la tecnica anterior.
Los compresores se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones industriales y residenciales para hacer circular refrigerante dentro de una refrigeracion, bomba de calor, climatizacion o sistema enfriador (generalmente denominado "sistemas de refrigeracion") para proporcionar un efecto de calentamiento y/o enfriamiento deseado. En cualquiera de las aplicaciones anteriores, el compresor debe proporcionar un funcionamiento consistente y eficiente para asegurar que el sistema de refrigeracion particular funcione correctamente.
Un sistema de refrigeracion puede incluir una serie de componentes tales como un compresor, condensador, evaporador, valvulas, tuberfa y componentes electricos. Un sistema compresor del sistema de refrigeracion puede incluir el compresor y los componentes relacionados que pueden ser empaquetados como una unidad. El compresor puede ser accionado por un motor y el sistema del compresor puede experimentar vibraciones. El compresor y el sistema compresor pueden tener una o mas frecuencias resonantes (o naturales) que pueden ser excitadas a velocidades (es decir, frecuencia) de motor correspondientes y dar lugar a vibraciones de amplitud relativamente alta del compresor y del sistema compresor.
Para un compresor de velocidad fija, se puede anadir al sistema compresor un sistema de suspension tal como arandelas de goma u otros tales dispositivos de manera que la velocidad de funcionamiento del compresor no corresponda a una frecuencia de resonancia del sistema. En otras palabras, el sistema compresor puede estar disenado de tal manera que su frecuencia resonante este en un valor aceptable en relacion con la frecuencia de funcionamiento del compresor. Un compresor de velocidad variable puede funcionar a frecuencias por encima, por debajo e incluyendo la frecuencia de funcionamiento de un compresor tfpico de velocidad fija. Por consiguiente, un sistema de suspension tal como se describio con respecto al compresor de velocidad fija quizas no sea adecuado para un compresor de velocidad variable, puesto que normalmente funcionarfa a alguna frecuencia resonante sin ninguna otra solucion preventiva.
El documento US 5.428.965 divulga la parte de caracterizacion previa de la reivindicacion 1.
Un metodo de proteccion contra vibraciones en un sistema compresor con un compresor de velocidad variable que incluye el funcionamiento de un compresor de velocidad variable en una pluralidad de frecuencias, la medicion de una pluralidad de valores de vibracion asociados con la pluralidad de frecuencias, la determinacion de una caracterfstica de frecuencia del sistema compresor basandose en la pluralidad de valores de vibracion, en el que la caracterfstica de frecuencia incluye un intervalo de frecuencias en el que los valores de vibracion exceden una amplitud de aceleracion maxima y la identificacion de frecuencias prohibidas del compresor basandose en la caracterfstica de frecuencia.
La caracterfstica de frecuencia puede incluir una frecuencia de resonancia.
Las frecuencias de compresor prohibidas pueden incluir un intervalo de la frecuencia de resonancia mas o menos una diferencia de frecuencia crftica.
La diferencia de frecuencia crftica puede ser de al menos 1 Hz.
La amplitud de aceleracion maxima puede ser (A) = 4n2 x (frecuencia)2 x (desplazamiento permitido maximo).
La amplitud de desplazamiento permitido maximo puede ser de al menos 25 X 10-6 metros.
Las frecuencias de compresor prohibidas pueden incluir el intervalo de frecuencia en el que los valores de vibracion exceden la amplitud de aceleracion maxima.
La etapa de funcionamiento puede incluir el funcionamiento de un compresor de velocidad variable a una frecuencia de barrido minima, el aumento de la frecuencia del compresor de velocidad variable mediante un aumento de frecuencia y seguir aumentando hasta que la frecuencia del compresor de velocidad variable sea al menos una frecuencia de barrido maxima.
La etapa de medicion puede incluir la medicion de un valor de vibracion asociado con cada aumento de frecuencia.
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El valor de vibracion puede ser al menos una de las siguientes: una aceleracion del sistema, una velocidad del sistema y una amplitud de la vibracion.
La etapa de identificacion puede incluir almacenar un valor de frecuencia prohibido para cada frecuencia en la que el valor de vibracion excede una vibracion permitida maxima.
La etapa de medicion puede incluir la recepcion de una pluralidad de valores de vibracion de un acelerometro y el almacenamiento de los valores de vibracion en la memoria.
El metodo puede incluir ademas el funcionamiento del compresor de velocidad variable a una primera frecuencia (Fi) fuera de las frecuencias prohibidas por una primera vez (Ti) y el funcionamiento del compresor de velocidad variable a una segunda frecuencia (F2) fuera de las frecuencias prohibidas por una segunda vez (T2), en el que la frecuencia promedio en el tiempo es igual a una frecuencia solicitada (Tr) entre las frecuencias prohibidas.
La primera frecuencia puede ser una frecuencia superior permitida mas proxima, la segunda frecuencia es una frecuencia inferior permitida mas proxima y la primera vez Ti es igual a un tiempo total predeterminado x (Fr - F2) / (Fi - F2) y la segunda vez T2 = tiempo total predeterminado - Ti.
El metodo puede incluir ademas la peticion de funcionamiento a una primera frecuencia, la determinacion de una primera frecuencia permitida mas alejada de la primera frecuencia, el funcionamiento a dicha primera frecuencia permitida durante un tiempo predeterminado, la determinacion de una segunda frecuencia permitida en una direccion opuesta a una direccion de la primera frecuencia permitida, y el funcionamiento a dicha segunda frecuencia permitida durante un periodo de tiempo basicamente igual a dicho tiempo predeterminado.
El metodo puede incluir ademas la repeticion del funcionamiento, la medicion, la determinacion y la identificacion cuando se reinicia el compresor.
El metodo puede incluir ademas la repeticion de las etapas de funcionamiento, medicion, determinacion e identificacion en un intervalo predeterminado.
El intervalo predeterminado puede tener lugar una vez por semana.
El metodo puede incluir ademas la repeticion de las etapas de funcionamiento, medicion, determinacion e identificacion cuando un sistema de bomba de calor modifica un modo de funcionamiento entre el calentamiento y el enfriamiento.
El metodo puede incluir ademas la repeticion de las etapas de funcionamiento, medicion, determinacion e identificacion cuando un valor de vibracion medido excede un umbral de barrido predeterminado.
El umbral de barrido predeterminado puede ser del 110 % de una amplitud de aceleracion maxima A = 4tp2 x (frecuencia)2 x (desplazamiento permitido maximo).
El metodo puede incluir ademas la repeticion del funcionamiento, la medicion, la determinacion y la identificacion cuando el cambio de temperatura ambiente durante un tiempo predeterminado excede un umbral de temperatura predeterminado.
El tiempo predeterminado puede ser de al menos 24 horas y el umbral de temperatura predeterminado es de al menos 4,4 °C.
La frecuencia inferior permitida puede ser una frecuencia mas proxima por debajo de la primera frecuencia en la que una aceleracion medida es menor que un valor de aceleracion maximo para la frecuencia inferior permitida.
La etapa de calcular el tiempo de funcionamiento superior y el tiempo de funcionamiento inferior puede incluir el calculo de una relacion superior de la diferencia entre la primera frecuencia y la frecuencia inferior permitida dividida por la diferencia entre la frecuencia superior permitida y la frecuencia inferior permitida, calculando el tiempo de funcionamiento superior multiplicando un tiempo de funcionamiento predeterminado por la relacion superior y calculando el tiempo de funcionamiento inferior restando el tiempo de funcionamiento superior del tiempo de funcionamiento predeterminado.
El tiempo de funcionamiento predeterminado puede ser de al menos cuatro minutos.
Un compresor de velocidad variable y un sistema de accionamiento pueden incluir un compresor que incluya un motor que tiene una frecuencia variable basandose en una entrada de motor, un accionamiento en comunicacion con el motor que proporciona la entrada de motor basandose en una entrada de accionamiento, un dispositivo de medicion de vibraciones acoplado operativamente al compresor para recibir vibracion de un sistema compresor y valores de vibracion de salida basandose en la vibracion recibida, y un modulo de control en comunicacion con el
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dispositivo de medicion de vibracion y el accionamiento, en el que el modulo de control recibe y almacena los valores de vibracion, determina las caracterfsticas de frecuencia del compresor basandose en los valores de vibracion, y proporciona la entrada de accionamiento basandose en las caracterfsticas de frecuencia.
El dispositivo de medicion de vibraciones puede montarse en la cubierta del compresor.
El dispositivo de medicion de vibraciones puede montarse en el accionamiento.
El sistema puede incluir ademas una caja de terminales unida al compresor.
El dispositivo de medicion de vibraciones se puede montar en la caja de terminales.
Las caracterfsticas de frecuencia pueden incluir una frecuencia de resonancia.
Los dibujos descritos en el presente documento son solamente para fines ilustrativos y no pretenden limitar el alcance de la presente divulgacion de ninguna manera.
La figura 1 es una ilustracion esquematica de un sistema de bomba de calor; la figura 2 es una vista esquematica de un sistema de control para proteccion contra vibraciones;
la figura 3 es un diagrama de flujo de etapas de un sistema de control para proteccion contra vibraciones;
la figura 4 es un diagrama de flujo de etapas de un sistema de control para proteccion contra vibraciones; y
la figura 5 es un diagrama de flujo de etapas de un sistema de control para proteccion contra vibraciones.
La siguiente descripcion es meramente de naturaleza ejemplar y no pretende limitar la presente divulgacion, aplicacion o uso. Debe entenderse que a traves de los dibujos, los numeros de referencia correspondientes indican partes y caracterfsticas similares o correspondientes. Como se utiliza en el presente documento, el termino modulo se refiere a un circuito integrado especffico de aplicacion (ASIC), un circuito electronico, un procesador (compartido, dedicado o de grupo) y una memoria que ejecutan uno o mas programas de software o firmware, un circuito logico combinacional u otros componentes adecuados que proporcionan la funcionalidad descrita.
Como se ve en la figura 1, un sistema de bomba de calor 10 puede incluir una unidad 12 interior y un sistema compresor 14. Se utiliza un sistema de bomba de calor solamente con fines ilustrativos y debe entenderse que las presentes ensenanzas se aplican a cualquier aplicacion en el que puede utilizarse un compresor. Por ejemplo, puede utilizarse alternativamente un compresor en un sistema de aire acondicionado, un sistema de refrigeracion o, generalmente, en cualquier sistema en el que se comprime un refrigerante para proporcionar un efecto de calentamiento o enfriamiento deseado. Aunque el sistema compresor 14 se ha representado incluyendo los componentes descritos a continuacion, el sistema compresor 14 puede ser cualquier grupo de componentes que se empaqueta como unidad con el compresor 32.
La unidad 12 interior puede incluir un serpentfn interior o un intercambiador de calor 16 y un ventilador interior 18 de velocidad variable accionado por un motor 20. El serpentfn interior 16 y el ventilador interior 18 pueden encerrarse en un armario 22 de manera que el ventilador 18 fuerza el aire ambiente a traves del serpentfn interior 16. El sistema compresor 14 puede incluir un serpentfn exterior o un intercambiador de calor 24 y un ventilador exterior 26 de velocidad variable accionado por un motor 28. El serpentfn exterior 24 y el ventilador exterior 26 pueden encerrarse en una carcasa 30 protectora de manera que el ventilador 26 extraera aire ambiente exterior a traves del serpentfn exterior 24 para mejorar la transferencia de calor.
El sistema compresor 14 puede incluir ademas un compresor 32 en comunicacion con el serpentfn interior 16 y el serpentfn exterior 24. El compresor 32 puede incluir un accionamiento 36 inversor y una caja 38 terminal. El accionamiento 36 inversor puede estar unido fijamente a una cubierta del compresor 32 y puede proporcionar una potencia de entrada variable a un motor de compresor 32, permitiendo que el compresor 32 funcione a una velocidad (es decir, frecuencia) variable. La caja 38 terminal puede estar unida fijamente a una cubierta del compresor 32 y puede proporcionar un punto de entrada para las entradas electricas, de comunicacion y otras entradas al compresor 32.
El acelerometro 40 y el modulo de control 42 se representan montados en el accionamiento 36 inversor. El acelerometro 40 puede medir la aceleracion y puede montarse alternativamente en una cubierta del compresor 32, una caja de terminales 38 u otras ubicaciones dentro del sistema de bomba de calor 10. El modulo de control 42 puede ser integral al accionamiento 32 inversor. El modulo de control 42 puede recibir una senal del acelerometro 40 y controlar la salida del accionamiento 36 inversor.
La comunicacion entre el compresor 32, el serpentfn interior 16 y el serpentfn exterior 24 puede formar generalmente un bucle, en el que el compresor 32, el serpentfn interior 16 y el serpentfn exterior 24 estan dispuestos en serie entre sf con un dispositivo de expansion 33 situado entre el serpentfn interior 16 y el serpentfn exterior 24. El sistema de bomba de calor 10 puede incluir una valvula de inversion 34 dispuesta entre el compresor 32 y las bobinas interiores y exteriores 16, 24, de tal manera que la direccion del flujo entre el compresor 32, el serpentfn interior 16 y el
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serpentfn exterior 24 pueda invertirse entre la primera y segunda direccion.
En la primera direccion, el sistema de bomba de calor 10 funciona en un modo de enfriamiento que proporciona un flujo en una direccion indicada por la flecha de "enfriamiento". En el modo de enfriamiento, el compresor 32 proporciona un fluido al serpentfn exterior 24. El fluido se desplaza entonces hacia el serpentfn interior 16 y despues de vuelta al compresor 32. En el modo de refrigeracion, el serpentfn interior 16 funciona como un serpentfn evaporador y el serpentfn exterior 24 funciona como un serpentfn condensador.
En la segunda direccion, el sistema de bomba de calor 10 funciona en un modo de calentamiento proporcionando un flujo en una direccion indicada por la flecha de "calentamiento". En el modo de calentamiento, el flujo es invertido, desplazandose desde el compresor 32 al serpentfn interior 16 hasta el serpentfn exterior 24, y despues de nuevo al compresor 32. En el modo de calentamiento, el serpentfn interior 16 funciona como un serpentfn condensador y el serpentfn exterior 24 funciona como un serpentfn evaporador.
Haciendo referencia ahora a la figura 2, el modulo de control 42 puede incluir modulo de control de frecuencia 140, modulo de frecuencia 142 y modulo de almacenamiento 144. El modulo de frecuencia 142 puede comunicarse con una salida de acelerometro 40 asf como con otros sensores 120 del sistema de bomba de calor 10 y otros modulos de control 122 del sistema de bomba de calor 10, tal como un controlador de compresor o un controlador de sistema. El modulo de frecuencia 142 puede estar en comunicacion con el modulo de almacenamiento 144 y el modulo de control de frecuencia 140.
El modulo de almacenamiento 144 puede recibir valores medidos o determinados del modulo de frecuencia 142 y puede almacenar dichos valores. El modulo de almacenamiento 144 tambien puede contener valores y umbrales predeterminados. El modulo de control de frecuencia 140 puede estar en comunicacion con el modulo de frecuencia 142 y puede controlar el accionamiento 36 inversor para hacer funcionar un motor de compresor 32 a una frecuencia elegida. Aunque el modulo de control 42 se representa como separado del accionamiento 36 inversor, debe reconocerse que el modulo de control 42 puede ser integral al accionamiento 36 inversor.
El compresor 32 puede ser accionado por un motor (no mostrado) y el sistema compresor 14 puede experimentar vibraciones. Las vibraciones experimentadas por el sistema compresor 14 pueden definirse de diferentes maneras incluyendo, pero no limitandose a, una amplitud de la vibracion, una velocidad maxima del sistema 14, o como una aceleracion maxima del sistema 14.
Haciendo referencia ahora a la figura 3, se representan las etapas en la determinacion de las caracterfsticas de vibracion de un compresor a partir de la informacion de acelerometro y frecuencia. La logica de control 200 representa un bucle continuo, pero para fines de la presente divulgacion, la descripcion de la logica de control 200 comenzara en el bloque 201. En el bloque 201, el compresor 32 del sistema compresor 14 puede funcionar en estado estacionario hasta que se inicia una comprobacion de barrido. Como se describira con mas detalle en la figura 4 a continuacion, el funcionamiento en estado estacionario puede incluir un modulo de control 42 que hace funcionar el compresor 32 para evitar intervalos de frecuencia prohibidos cuando no se esta realizando un barrido de frecuencia. Se puede iniciar una comprobacion de barrido en respuesta a una bandera de una entrada, a un intervalo de tiempo regular, a un intervalo de reloj electronico, o como una parte regular de una subrutina programada. Cuando se inicia la comprobacion de barrido, la logica de control 200 puede continuar en el bloque 202.
En la primera serie de etapas (es decir, las etapas 202, 204, 220, 222, 224), el modulo de frecuencia 142 puede determinar si es necesario ejecutar un barrido de frecuencia para determinar las caracterfsticas de vibracion del compresor. En la etapa 202, el modulo de frecuencia 142 puede determinar si el sistema compresor 14 ha pasado de ApAGADO a ENCENDIDO. La capacidad para determinar el estado del sistema compresor 14 APAGADO o ENCENDIDO puede ser interna al modulo de frecuencia 142 o puede determinarse a partir de comunicaciones con otros sensores 120 u otros modulos de control 122. Si el estado del sistema compresor 14 ha cambiado de APAGADO a ENCENDIDO, la logica de control 200 puede continuar en el bloque 206. Si el estado del sistema compresor 14 no ha cambiado de APAGADO a ENCENDIDO, la logica de control 200 puede continuar en el bloque 204.
En el bloque 204, el modulo de frecuencia 142 puede determinar si se ha producido un cambio en el modo de funcionamiento del sistema de bomba de calor 10. Esto puede ocurrir cuando el sistema de bomba de calor 10 conmuta del modo de calentamiento al modo de enfriamiento o viceversa. El modulo de frecuencia 142 puede comunicarse con otros modulos de control 122 u otros sensores 120 para determinar si el modo ha cambiado. Si ha habido un cambio de modo, la logica de control 200 puede continuar en la etapa 206. Si no ha habido un cambio de modo, la logica de control 200 puede continuar en la etapa 220.
En el bloque 220, el modulo de frecuencia 142 puede determinar si una entrada procedente del acelerometro 40 excede un lfmite de barrido. Y puede ser una amplitud maxima de movimiento que no se puede exceder en ninguna frecuencia de rotacion del compresor, donde la frecuencia es representada por la variable F en hercios (Hz). Un ejemplo de valor Y puede ser 25 x 10-6 metros. Una aceleracion maxima A puede estar relacionada con F e Y
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mediante la siguiente ecuacion en la que la amplitud de aceleracion aceptable maxima A es igual a A = 4n2 x F2 x Y. En el bloque 220, el modulo de frecuencia 142 puede comparar la salida de acelerometro 40 con una amplitud maxima A para la frecuencia de funcionamiento actual del motor de compresor 32. Si la salida de acelerometro 40 medida es un 110 por ciento de la amplitud maxima A para una frecuencia particular, la logica de control 200 puede continuar en el bloque 206. Cuando el funcionamiento en una frecuencia de funcionamiento permitida anteriormente presenta vibraciones al 110 por ciento de A, es una buena indicacion de que el funcionamiento del sistema compresor 14 ha cambiado de alguna manera. Si la salida de acelerometro 40 medida es inferior al 110 por ciento del lfmite A, la logica de control puede continuar en la etapa 222.
En el bloque 222, el modulo de frecuencia 142 puede determinar el tiempo transcurrido desde que se realizo el ultimo barrido de frecuencia. En muchas situaciones, un sistema de bomba de calor 10 puede funcionar durante un perfodo prolongado sin apagarse o sin otras condiciones que puedan iniciar un barrido de frecuencia. Por consiguiente, el modulo de frecuencia 142 puede determinar el tiempo transcurrido desde el ultimo barrido de frecuencia y puede acceder a un valor de tiempo predeterminado tal como una semana desde el modulo de almacenamiento 144. Si el tiempo transcurrido desde el ultimo barrido de frecuencia excede el tiempo predeterminado, la logica de control puede continuar en el bloque 206. Si el tiempo transcurrido desde el ultimo barrido de frecuencia no excede el lfmite predeterminado, la logica de control 200 puede continuar en el bloque 224.
En el bloque 224, el modulo de frecuencia 142 puede recibir una temperatura ambiente. Un sensor de temperatura puede ser integral al modulo de control 142 o un valor de temperatura puede medirse desde otros sensores 120. Alternativamente, el modulo de frecuencia 142 puede comunicarse con otros modulos de control 122 del sistema de bomba de calor 10 que puede medir un valor de temperatura ambiente. El modulo de frecuencia 142 puede acceder el modulo de almacenamiento 144 para adquirir valores de temperatura almacenados anteriormente y un lfmite de cambio de temperatura predeterminado. Por ejemplo, los valores de temperatura anteriores pueden almacenarse durante 24 horas y un lfmite de cambio de temperatura predeterminado puede ser de al menos 4,4 °C. El modulo de frecuencia 142 puede comparar la temperatura medida con los valores de temperatura almacenados de las 24 horas anteriores y si la diferencia entre cualquier conjunto de mediciones de temperatura excede el lfmite de cambio de temperatura predeterminado, la logica de control 200 puede continuar en el bloque 206. Si la diferencia de temperatura no excede 4,4 °C, la logica de control 200 puede volver al bloque 201 para continuar el funcionamiento en estado estacionario.
En el bloque 206, puede iniciarse la rutina de barrido de frecuencia. El modulo de frecuencia 142 puede recibir una frecuencia de barrido minima y una frecuencia de barrido maxima del modulo de almacenamiento 144. El modulo de frecuencia 142 puede comunicar con el modulo de control de frecuencia 140 para hacer funcionar el accionamiento 36 inversor para que un motor de compresor 32 funcione a la frecuencia de barrido minima. La logica de control 200 puede continuar en el bloque 208. En el bloque 208, el modulo de frecuencia 142 puede recibir una salida de acelerometro 40 asociada con la frecuencia controlada. El modulo de frecuencia 142 puede almacenar el acelerometro y los valores de frecuencia en el modulo de almacenamiento 144. La logica de control 200 puede continuar en el bloque 210.
En el bloque 210, el modulo de frecuencia 142 puede determinar si la presente frecuencia de funcionamiento es al menos la frecuencia de barrido maxima. Si la presente frecuencia de funcionamiento no es al menos la frecuencia de barrido maxima, la logica de control 200 puede continuar en el bloque 212. En el bloque 212, el modulo de frecuencia 142 puede aumentar la frecuencia actual de funcionamiento del motor hasta un valor superior para continuar el barrido de frecuencia. El modulo de control de frecuencia 140 puede controlar el accionamiento 36 inversor de tal manera que el motor de compresor 32 funcione a la frecuencia aumentada. De esta manera, los bloques 208, 210 y 212 pueden realizar un bucle hasta que se complete el barrido de frecuencia y almacenar los valores de frecuencia y las mediciones de aceleracion asociadas del acelerometro 40. Una vez que la frecuencia de funcionamiento alcanza la frecuencia de barrido maxima, la logica de control 200 puede continuar en el bloque 214.
En el bloque 214, el modulo de frecuencia 142 puede determinar las frecuencias de resonancia a partir de los valores de aceleracion y frecuencia almacenados en el modulo de almacenamiento 144. Puede encontrarse una frecuencia de resonancia en cualquier intervalo de frecuencia dado cuando se produce una amplitud de desplazamiento o velocidad o aceleracion maxima local. En otras palabras, dentro de cada intervalo de frecuencias en el que la aceleracion medida excede la amplitud de aceleracion maxima A = 4n2 x F2 x Y, se encuentra una frecuencia resonante o natural donde se produce una amplitud de aceleracion maxima local dentro de ese intervalo. Tambien se puede encontrar una frecuencia resonante o natural dentro de un intervalo de frecuencias dado donde se produce un desplazamiento maximo local o una amplitud de velocidad dentro del intervalo dado. El modulo de frecuencia 142 puede almacenar las frecuencias de resonancia en el modulo de almacenamiento 144.
En el bloque 216, el modulo de frecuencia 142 puede determinar un intervalo de frecuencias prohibido de manera que el modulo de control de frecuencia 140 no haga funcionar el accionamiento 36 inversor para que el motor de compresor 32 funcione a cualquier frecuencia dentro del intervalo de frecuencias prohibido en modo de estado estacionario. El intervalo de frecuencias prohibido puede ser un intervalo definido por la frecuencia de resonancia mas o menos una diferencia de frecuencia crftica (CFD), que para un compresor habitual puede ser de al menos 1 hercio (Hz). Esta CFD puede ser aproximadamente 1,5 por ciento de la frecuencia de resonancia particular
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encontrada basandose en la siguiente relacion. Una relacion de frecuencia puede ser representada por la ecuacion R = fo/fn, donde fo es la frecuencia de funcionamiento y fn es la frecuencia natural. Pueden producirse vibraciones indeseables cuando el valor fo esta dentro del 1,5 por ciento del fn tal como se representa por la siguiente ecuacion de |R-1|<Ar, donde Ar es igual a 0,015. A partir de estas ecuaciones tambien se puede reconocer que la diferencia de frecuencia crftica (en Hz) puede aumentar a frecuencias naturales superiores.
Alternativamente, el intervalo de frecuencias prohibido puede ser los intervalos reales donde la aceleracion medida excede el maximo A. El modulo de frecuencia 142 puede almacenar los intervalos de frecuencia prohibidos en el modulo de almacenamiento 144. Debe observarse que las etapas descritas en los bloques 214 y 216 tambien pueden realizarse como parte del bucle de los bloques 208, 210 y 212, en el que los bloques 214 y 216 pueden calcular las frecuencias de resonancia y los intervalos de frecuencia prohibidos durante el barrido de frecuencia. La logica de control 200 puede volver al bloque 201 para funcionar en estado estacionario.
Haciendo referencia ahora a la figura 4, se representa una logica de control para hacer funcionar un motor de compresor 32 a una frecuencia solicitada. Una frecuencia solicitada puede basarse en una entrada de un usuario para modificar el efecto de calentamiento o enfriamiento del sistema de bomba de calor 10 o puede basarse en una salida de otros modulos de control 122 del sistema de bomba de calor 10 tal como un termostato. Aunque la logica de control 300 representa un bucle continuo, la logica de control 300 es un circuito cerrado de funcionamiento global en estado estacionario que demuestra una respuesta a una frecuencia solicitada cambiada. La descripcion de la logica de control 300 comenzara en el bloque 301.
En el bloque 301, el modulo de frecuencia 142, tras recibir una orden de otros controladores 122, puede ordenar al modulo de control de frecuencia 140 que haga funcionar el accionamiento 36 inversor para que un motor de compresor 32 funcione a una frecuencia solicitada anteriormente. De lo contrario, el funcionamiento en estado estacionario puede continuar hasta que cambie la frecuencia solicitada. Cuando la frecuencia solicitada cambia, como se determina por el modulo de frecuencia 142 en el bloque 302, la logica de control 300 puede continuar en el bloque 304.
En el bloque 304, el modulo de frecuencia 142 puede comparar la frecuencia solicitada con los valores de frecuencia prohibidos almacenados en el modulo de almacenamiento 144. Si el valor de frecuencia solicitado no esta dentro de los intervalos de frecuencia prohibidos, la logica de control 300 puede volver al funcionamiento de estado estacionario en el bloque 301. Si el valor de frecuencia solicitado esta dentro de los intervalos de frecuencia prohibidos, la logica de control 300 puede continuar en el bloque 306.
En el bloque 306, el modulo de frecuencia 142 puede recibir una frecuencia superior permitida desde el modulo de almacenamiento 144. Esta frecuencia superior permitida puede ser una primera frecuencia por encima de la frecuencia solicitada pero fuera del intervalo de frecuencia prohibido. La frecuencia superior permitida tambien puede incluir un factor de seguridad por encima de esta primera frecuencia. Una vez que se determina la frecuencia superior permitida, la logica de control 300 puede continuar en el bloque 308.
En el bloque 308, el modulo de frecuencia 142 puede recibir una frecuencia inferior permitida desde el modulo de almacenamiento 144. Esta frecuencia inferior permitida puede ser una primera frecuencia por debajo de la frecuencia solicitada pero fuera del intervalo de frecuencias prohibido. La frecuencia inferior permitida tambien puede incluir un factor de seguridad por debajo de esta primera frecuencia. Una vez que se determina la frecuencia inferior permitida, la logica de control 300 puede continuar en el bloque 310.
En el bloque 310, el modulo de frecuencia 142 puede acceder a un valor de tiempo predeterminado desde el modulo de almacenamiento 144. El valor de tiempo predeterminado puede corresponder a un tiempo total durante el cual puede ejecutarse la rutina promedio de frecuencia descrita a continuacion. Por ejemplo, el tiempo total puede ser de cuatro minutos. El modulo de frecuencia 142 puede entonces determinar una relacion de funcionamiento de frecuencia superior basandose en lo siguiente: relacion superior = (frecuencia solicitada - frecuencia inferior) (frecuencia superior - frecuencia inferior). El tiempo de funcionamiento de la frecuencia superior puede ser equivalente al tiempo predeterminado multiplicado por la relacion superior. Una vez que se determina el tiempo de funcionamiento de la frecuencia superior, la logica de control 300 puede continuar en el bloque 312.
En el bloque 312, el modulo de frecuencia 142 puede utilizar el tiempo predeterminado y el tiempo de funcionamiento de frecuencia superior calculado para determinar el tiempo de funcionamiento de frecuencia inferior. El tiempo de funcionamiento de la frecuencia inferior puede ser simplemente igual al tiempo predeterminado menos el tiempo de funcionamiento de la frecuencia superior. Tambien es posible calcular el tiempo de funcionamiento de la frecuencia inferior utilizando primero una relacion inferior = (frecuencia superior - frecuencia solicitada) (frecuencia superior - frecuencia inferior). El tiempo de funcionamiento de la frecuencia inferior y el tiempo de funcionamiento de la frecuencia superior podrfan calcularse a partir de la relacion inferior. Una vez que se determina el tiempo de funcionamiento de la frecuencia inferior permitido, la logica de control 300 puede continuar en el bloque 314.
En el bloque 314, el modulo de frecuencia 142 puede ordenar al modulo de control de frecuencia 140 que haga funcionar el accionamiento 36 inversor y el motor de compresor 32 a la frecuencia superior permitida y siga
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funcionando a esa frecuencia durante el tiempo de funcionamiento de la frecuencia superior. Una vez transcurrido el tiempo de funcionamiento de la frecuencia superior, la logica de control 300 puede continuar en el bloque 316. En el bloque 316, el modulo de frecuencia 142 puede ordenar al modulo de control de frecuencia 140 que haga funcionar el accionamiento 36 inversor y el motor de compresor 32 a la frecuencia inferior permitida para el tiempo de funcionamiento de la frecuencia inferior. Una vez finalizado el tiempo de funcionamiento de la frecuencia inferior, la salida de frecuencia promedio en el tiempo del compresor durante el tiempo predeterminado total puede ser igual a la frecuencia solicitada. La logica de control 300 puede entonces continuar en el bloque 318.
En el bloque 318, el modulo de frecuencia 142 puede determinar si ha habido un cambio en la frecuencia solicitada. Si no se ha producido ningun cambio en la frecuencia solicitada, la logica de control 300 puede volver al bloque 314 y seguir realizando un bucle a traves del funcionamiento a la frecuencia superior permitida y la frecuencia inferior permitida de manera que la frecuencia promedio sea equivalente a la frecuencia solicitada. Si ha habido un cambio en la frecuencia solicitada, la logica de control 300 puede continuar en el bloque 304 para determinar si esta prohibida la frecuencia solicitada.
Aunque el funcionamiento a una frecuencia promedio equivalente a una frecuencia solicitada dentro del intervalo de frecuencia prohibido ha sido descrito de cierta manera anteriormente, debe reconocerse que tal funcionamiento tambien puede realizarse de otras maneras. Por ejemplo, el modulo de frecuencia 142 puede determinar la frecuencia permitida mas alejada de la frecuencia solicitada. El motor de compresor 32 puede hacerse funcionar por el accionamiento 36 inversor y el modulo de control de frecuencia 140 a esta frecuencia durante un tiempo predeterminado. El modulo de frecuencia 142 puede entonces determinar una segunda frecuencia de funcionamiento en la direccion opuesta (mayor o menor) desde la primera frecuencia de funcionamiento. La segunda frecuencia de funcionamiento puede estar a una misma diferencia de frecuencia de la frecuencia solicitada como la primera frecuencia de funcionamiento. El motor de compresor 32 puede entonces hacerse funcionar por el accionamiento 36 inversor y el modulo de frecuencia 140 a la segunda frecuencia durante el mismo tiempo predeterminado que la primera frecuencia de funcionamiento porque las diferencias entre la frecuencia solicitada y las dos frecuencias de funcionamiento son las mismas.
Haciendo referencia ahora a la figura 5, se representan etapas alternativas para la proteccion contra vibraciones en un compresor de velocidad variable. Las etapas descritas en la figura 3 y la figura 4 muestran la realizacion de un barrido de frecuencia basandose en ciertas condiciones, almacenando intervalos de frecuencia prohibidos y evitando estos intervalos de frecuencia durante el funcionamiento normal. Las etapas descritas en la figura 5 miden simplemente la aceleracion y evita las frecuencias donde la aceleracion medida excede el lfmite A = 4n2 x F2 x Y.
Aunque la logica de control 400 representa el funcionamiento en un bucle continuo, la descripcion de la logica de control 400 puede comenzar con el bloque 401. En el bloque 401, el modulo de frecuencia 142 puede ordenar al modulo de control de frecuencia 140 que haga funcionar el accionamiento 36 inversor para que el motor de compresor 32 funcione a una frecuencia solicitada. De esta manera, el funcionamiento puede continuar hasta que se inicie una comprobacion de un valor de aceleracion del acelerometro 40. Se puede iniciar una comprobacion de varias maneras, tal como con cada cambio en la frecuencia solicitada, en un intervalo de tiempo predeterminado, o cuando se reciba un valor de aceleracion. La logica de control 400 puede continuar en el bloque 402.
En el bloque 402, el modulo de frecuencia 142 puede recibir una medicion de aceleracion desde el acelerometro 40. La logica de control 400 puede continuar en el bloque 404. En el bloque 404, el modulo de frecuencia 142 puede entonces determinar si la medicion de aceleracion del acelerometro excede un lfmite A para la frecuencia particular F basandose en la ecuacion A = 4n2 x F2 x Y. Si la aceleracion no excede el lfmite A, la logica de control 400 puede volver al bloque 401. Si la aceleracion supera el lfmite A, la logica de control 400 puede continuar en el bloque 406.
En el bloque 406, el modulo de frecuencia 142 puede ordenar al modulo de control de frecuencia 140 que haga funcionar el accionamiento 36 inversor de tal manera que un motor de compresor 32 funcione a una frecuencia mas alta. El modulo de frecuencia 142 puede recibir mediciones del acelerometro 40 y puede continuar para ordenar al modulo de control de frecuencia 140 que aumente la frecuencia del accionamiento 36 inversor y el motor de compresor 32 hasta que una medicion de aceleracion del acelerometro 40 sea menor que A = 4n2 x F2 x Y para la frecuencia dada. Esta primera frecuencia en la que la aceleracion medida no excede el lfmite de aceleracion puede ser la frecuencia superior permitida. La frecuencia superior permitida tambien puede ser esta primera frecuencia medida mas un factor de seguridad. Una vez que se determina la frecuencia superior permitida, la logica de control 400 puede continuar en el bloque 408.
En el bloque 408, el modulo de frecuencia 142 puede ordenar al modulo de control de frecuencia 140 que haga funcionar el accionamiento 36 inversor de tal manera que un motor de compresor 32 funcione a una frecuencia inferior a la frecuencia solicitada. El modulo de frecuencia 142 puede recibir mediciones desde el acelerometro 40 y puede continuar a ordenar al modulo de control de frecuencia 140 que disminuya la frecuencia del accionamiento 36 inversor y el motor de compresor 32 hasta que una medicion de aceleracion del acelerometro 40 sea inferior a A = 4n2 x F2 x Y para la frecuencia dada. Esta primera frecuencia en la que la aceleracion medida no excede el lfmite de aceleracion puede ser la frecuencia inferior permitida. La frecuencia inferior permitida tambien puede ser esta primera frecuencia medida menos un factor de seguridad. Una vez que se determina la frecuencia inferior permitida,
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la logica de control 400 puede continuar en el bloque 410.
En el bloque 410, el modulo de frecuencia 142 puede acceder a un valor de tiempo predeterminado desde el modulo de almacenamiento 144. El valor de tiempo predeterminado puede corresponder a un tiempo total durante el cual puede ejecutarse la rutina de promedio de frecuencia descrita a continuacion. Por ejemplo, el tiempo total puede ser de cuatro minutos. El modulo de frecuencia 142 puede entonces determinar una relacion de funcionamiento de frecuencia superior basandose en lo siguiente: relacion superior = (frecuencia solicitada - frecuencia inferior) (frecuencia superior - frecuencia inferior). El tiempo de funcionamiento de la frecuencia superior puede ser equivalente al tiempo predeterminado multiplicado por la relacion superior. Una vez que se determina el tiempo de funcionamiento de la frecuencia superior, la logica de control 400 puede continuar en el bloque 412.
En el bloque 412, el modulo de frecuencia 142 puede utilizar el tiempo predeterminado y el tiempo de funcionamiento superior calculado para determinar el tiempo de funcionamiento de la frecuencia inferior. El tiempo de funcionamiento de la frecuencia inferior puede ser simplemente igual al tiempo predeterminado menos el tiempo de funcionamiento de la frecuencia superior. Tambien es posible calcular el tiempo de funcionamiento de la frecuencia inferior primero utilizando una relacion inferior = (frecuencia superior - frecuencia solicitada) (frecuencia superior - frecuencia inferior). El tiempo de funcionamiento de la frecuencia inferior y el tiempo de funcionamiento de la frecuencia superior podrfan calcularse entonces a partir de la relacion inferior. Una vez que se determina el tiempo de funcionamiento de la frecuencia inferior, la logica de control 400 puede continuar en el bloque 414.
En el bloque 414, el modulo de frecuencia 142 puede ordenar al modulo de control de frecuencia 140 que haga funcionar el accionamiento 36 inversor y el motor de compresor 32 a la frecuencia superior permitida y que siga funcionando a esa frecuencia para el tiempo de funcionamiento de la frecuencia superior. Una vez transcurrido el tiempo de funcionamiento de la frecuencia superior, la logica de control 400 puede continuar en el bloque 416. En el bloque 416, el modulo de frecuencia 142 puede ordenar al modulo de control de frecuencia 140 el accionamiento 36 inversor y el motor de compresor 32 a la frecuencia inferior permitida para el tiempo de funcionamiento de la frecuencia inferior. Una vez finalizado el tiempo de funcionamiento de la frecuencia inferior, la logica de control 400 puede continuar en el bloque 418.
En el bloque 418, el modulo de frecuencia 142 puede determinar si ha habido un cambio en la frecuencia solicitada. Si no se ha producido ningun cambio en la frecuencia solicitada, la logica de control 400 puede volver al bloque 414 y seguir realizando un bucle funcionando a la frecuencia superior permitida y a la frecuencia inferior permitida de manera que la frecuencia promedio sea equivalente a la frecuencia solicitada. Si se ha producido un cambio en la frecuencia solicitada, la logica de control 400 puede continuar en el bloque 420. En el bloque 420, el modulo de frecuencia 142 puede ordenar al modulo de control de frecuencia 140 que haga funcionar el accionamiento 36 inversor y al motor de compresor 32 a la nueva frecuencia solicitada. La logica de control 400 puede continuar en el bloque 401 para funcionar en estado estacionario hasta la siguiente comprobacion del acelerometro.
Los expertos en la tecnica pueden apreciar ahora a partir de lo mencionado anteriormente que las ensenanzas generales de la presente divulgacion pueden implementarse de diversas maneras. Por lo tanto, aunque esta divulgacion se ha descrito en conexion con ejemplos particulares de la misma, el verdadero alcance de la divulgacion no deberfa estar muy limitado, puesto que otras modificaciones comprendidas en las reivindicaciones seran evidentes para el experto en la materia tras un estudio de los dibujos, la especificacion y las reivindicaciones siguientes.

Claims (16)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo de proteccion contra vibraciones en un sistema compresor (14) con un compresor de velocidad (32) variable que comprende:
    el funcionamiento de un compresor de velocidad (32) variable en una pluralidad de frecuencias; la medicion de una pluralidad de valores de vibracion asociados con la pluralidad de frecuencias; la determinacion de una caracterfstica de frecuencia del sistema compresor (14) basandose en la pluralidad de valores de vibracion, la identificacion de frecuencias prohibidas del compresor (32) basandose en la caracterfstica de frecuencia y caracterizado por que la caracterfstica de frecuencia incluye un intervalo de frecuencias en la que los valores de vibracion exceden una amplitud de aceleracion maxima.
  2. 2. El metodo segun la reivindicacion 1, en el que la caracterfstica de frecuencia incluye una frecuencia de resonancia.
  3. 3. El metodo segun la reivindicacion 2, en el que las frecuencias de compresor prohibidas incluyen un intervalo de la frecuencia de resonancia mas o menos una diferencia de frecuencia crftica.
  4. 4. El metodo segun la reivindicacion 3, en el que la diferencia de frecuencia crftica es de al menos 1 Hz.
  5. 5. El metodo segun la reivindicacion 1, en el que la amplitud de aceleracion maxima (A) = 4n2 x (frecuencia)2 x (desplazamiento permitido maximo).
  6. 6. El metodo segun la reivindicacion 5, en el que la amplitud de desplazamiento permitido maximo es de al menos 25 X 10"6 metros.
  7. 7. El metodo segun la reivindicacion 6, en el que las frecuencias de compresor prohibidas incluyen el intervalo de frecuencia en el que los valores de vibracion exceden la amplitud de aceleracion maxima.
  8. 8. El metodo segun la reivindicacion 1, en el que el funcionamiento incluye:
    hacer funcionar un compresor de velocidad variable a una frecuencia de barrido minima; aumentar la frecuencia del compresor de velocidad variable mediante un aumento de frecuencia; y seguir aumentando hasta que la frecuencia del compresor de velocidad variable sea al menos una frecuencia de barrido maxima.
  9. 9. El metodo segun la reivindicacion 8, en el que la medicion incluye medir un valor de vibracion asociado con cada aumento de frecuencia.
  10. 10. El metodo segun la reivindicacion 9, en el que el valor de vibracion es al menos uno de los siguientes: una aceleracion del sistema, una velocidad del sistema y una amplitud de la vibracion.
  11. 11. El metodo segun la reivindicacion 1, en el que la identificacion incluye almacenar un valor de frecuencia prohibido para cada frecuencia en la que el valor de vibracion excede una vibracion permitida maxima.
  12. 12. El metodo segun la reivindicacion 1, en el que la medicion incluye la recepcion de una pluralidad de valores de vibracion de un acelerometro y el almacenamiento de los valores de vibracion en la memoria.
  13. 13. El metodo segun la reivindicacion 1, que comprende ademas el funcionamiento del compresor de velocidad variable a una primera frecuencia (F1) fuera de las frecuencias prohibidas por una primera vez (T1) y el funcionamiento del compresor de velocidad variable a una segunda frecuencia (F2) fuera de las frecuencias prohibidas por una segunda vez (T2), en el que la frecuencia promedio en el tiempo es igual a una frecuencia solicitada (Tr) entre las frecuencias prohibidas.
  14. 14. El metodo segun la reivindicacion 13, en el que la primera frecuencia es una frecuencia superior permitida mas proxima, la segunda frecuencia es una frecuencia inferior permitida mas proxima y la primera vez T1 es igual a un tiempo total predeterminado x (Fr - F2) / (F1 - F2) y la segunda vez T2 = tiempo total predeterminado - T1.
  15. 15. El metodo segun la reivindicacion 1, que comprende ademas: solicitar el funcionamiento a una primera frecuencia;
    determinar una primera frecuencia permitida mas alejada de la primera frecuencia; funcionar a dicha primera frecuencia permitida durante un tiempo predeterminado;
    determinar una segunda frecuencia permitida en una direccion opuesta a una direccion de la primera frecuencia permitida; y
    funcionar a dicha segunda frecuencia permitida durante un periodo de tiempo basicamente igual a dicho tiempo
    predeterminado.
  16. 16. El metodo segun la reivindicacion 1, que comprende ademas repetir el funcionamiento, la medicion, la determinacion y la identificacion segun una cualquiera de los siguientes criterios:
    (a) cuando se reinicia el compresor;
    (b) a un intervalo predeterminado;
    (c) cuando un sistema de bomba de calor modifica un modo de funcionamiento entre el calentamiento y el enfriamiento;
    10 (d) cuando un valor de vibracion medido excede un umbral de barrido predeterminado; o
    (e) cuando el cambio de temperatura ambiente durante un tiempo predeterminado excede un umbral de temperatura predeterminado.
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