[发明专利]一种基于数据驱动和模型的制冷系统制冷剂泄漏探测方法

权利要求书

1.一种基于数据驱动和模型的制冷系统制冷剂泄漏探测方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在制冷系统中设置温度测点，读取实验工况数据；

(2)建立基于温度信号的换热器分区制冷剂质量理论模型、基于理论和显式表达式的压缩机制冷剂质量理论模型、基于理论和显式表达式的连接管路制冷剂质量理论模型；

(3)当制冷系统含闪发器时，建立基于数据驱动的闪发器制冷剂质量计算的局部加权线性回归模型；

(4)获得所述温度测点的数据后，输入所述基于温度信号的换热器分区制冷剂质量理论模型、所述基于理论和显式表达式的压缩机制冷剂质量理论模型、所述基于理论和显式表达式的连接管路制冷剂质量理论模型和所述基于数据驱动的闪发器制冷剂质量计算的局部加权线性回归模型中，累加得到所述制冷系统的制冷剂质量；

(5)根据所述制冷系统的所述制冷剂质量与所述制冷系统的初始充注量进行比对；

所述步骤(1)中的所述温度测点设置在所述压缩机、所述连接管路和所述闪发器的进口、出口和所述换热器分区的沿程；并且无论制冷系统是否含有闪发器，所述温度测点在制冷系统中的布置保持不变；

所述步骤(2)中的所述基于温度信号的换热器分区制冷剂质量理论模型的计算如下：

蒸发器的所述制冷剂质量包括所述蒸发器的进口的状态点和出口的状态点，以及所述蒸发器内两相区终止的状态点，由如下公式表示：

m_eavp＝f_t(T_x...T_x+N,T_y)

＝f_t(X₅,X₆,X₇)

冷凝器的所述制冷剂质量包括所述冷凝器的进口的状态点、出口的状态点和所述冷凝器内两相区的起始的状态点、终止的状态点，由如下公式表示：

m_cond＝f_t(T_i,T_j...T_j+M,T_k)

＝f_t(X₁,X₂,X₃,X₄)

所述状态点的参数根据所述温度测点，由如下公式表示：

X_i＝(T_i,h_i,X_i,ρ_i),i＝1,2,...,7

其中，所述X₁为所述冷凝器的所述进口的所述状态点，所述X₂为所述冷凝器内的所述两相区的所述起始的所述状态点，所述X₃为所述冷凝器内的所述两相区的所述终止的所述状态点，所述X₄为所述冷凝器的所述出口的所述状态点，所述X₅为所述蒸发器的所述进口的所述状态点，所述X₆为所述蒸发器的所述两相区的所述终止的所述状态点，所述X₇为所述蒸发器的所述出口的所述状态点，所述h为所述状态点的焓值，所述X为所述状态点的干度，所述ρ为所述状态点的密度；

所述X₁与所述X₂之间为过热区、所述X₆与所述X₇之间为过热区，所述X₃与所述X₄之间为过冷区，属于单相区，其中，所述制冷剂质量由如下公式表示：

其中，所述m_sh为所述过热区的所述制冷剂质量，所述m_sc为所述过冷区的所述制冷剂质量，所述ρ_sh为所述过热区的制冷剂密度，所述ρ_sc为所述过冷区的所述制冷剂密度，V为所述过热区或所述过冷区的体积；

对于所述两相区内的所述制冷剂质量，采用Hughmark模型计算，所述过热区或所述过冷区的体积由所述过热区或所述过冷区的长度和横截面积的乘积计算得到，由如下公式表示：

V_j＝A_jL_j

其中，所述r为所述制冷剂；所述a为空气；所述in为进口；所述out为出口；

所述步骤(2)中的所述基于理论和显式表达式的压缩机制冷剂质量理论模型的计算如下：

所述压缩机内的制冷剂包括冷冻油中的所述制冷剂、储液器中的所述制冷剂和壳体空腔中的所述制冷剂，由如下公式表示：

m_comp＝m_{r_oil}+m_{r_shell}+m_{r_accum}

＝f_t(T_p，T_q)

其中，所述m_comp为所述压缩机内的所述制冷剂总质量，单位为g；所述m_{r_oil}为所述冷冻油中的所述制冷剂质量，单位为g；所述m_{r_shell}为所述壳体空腔中的所述制冷剂质量，单位为g；所述m_{r_accum}为所述储液器中的所述制冷剂质量，单位为g；p为所述压缩机的入口的所述温度测点；q为所述压缩机的出口的所述温度测点；

所述冷冻油中的所述制冷剂质量由所述冷冻油质量和所述制冷剂在油中的溶解度计算得到，由如下公式表示：

s＝f(T_com，P_c)＝f_t(T_p，T_q，T_c)

m_oil＝ρ_oilV_oil＝f_t(T_p，T_q)

其中，所述s为所述制冷剂的溶解度，所述m_oil为所述冷却油的质量，所述T_com为所述压缩机的温度，所述P_c为冷凝压力，所述ρ_oil为所述冷却油密度，所述V_oil为所述冷却油的体积；

所述储液器和所述壳体空腔中的所述制冷剂质量可由容器体积和所述制冷剂密度计算得到，由如下公式表示：

m_{r_accum}＝ρ_in·V_accum＝f_t(T_p)

m_{r_shell}＝ρ_out·V_shell＝f_t(T_q)

其中，所述V_accum和所述V_shell分别为所述储液器和所述壳体空腔的容积，所述ρ_in和所述ρ_out分别为所述压缩机的所述入口和所述出口的制冷剂密度；

所述步骤(2)中的所述基于理论和显式表达式的连接管路制冷剂质量理论模型的计算如下：

所述连接管路内的所述制冷剂质量由所述连接管路内制冷剂的密度计算得到，由如下公式表示：

m_pipe，j＝f_t(ρ_pipe，j)＝f_t(T_pipe，j)

＝ρ_pipe，j·L_pipe，j·(πd²)/4

其中，所述m_pipe为所述连接管路内的所述制冷剂质量，所述L_pipe为所述连接管路的长度，所述d为所述连接管路的直径，所述ρ_pipe，j为第j个所述连接管路的所述制冷剂的密度；

所述步骤(3)中的所述基于数据驱动的闪发器制冷剂质量计算的局部加权线性回归模型的计算如下：

M_flash＝M_test-M_{comp_test}-M_{cond_test}-M_{eavp_test}-M_{pipe_test}

其中，所述M_flash是所述闪发器内的所述制冷剂质量矩阵，所述M_test是带闪发器的所述制冷系统的所述初始充注量矩阵，所述M_{comp_test}是所述基于理论和显式表达式的压缩机制冷剂质量理论模型得到的所述制冷剂质量矩阵，M_{cond_test}是所述基于温度信号的换热器分区制冷剂质量理论模型得到的所述冷凝器的所述制冷剂质量矩阵，M_{eavp_test}是所述基于温度信号的换热器分区制冷剂质量理论模型得到的所述蒸发器的所述制冷剂质量矩阵，M_{pipe_test}是所述基于理论和显示表达式的连接管路制冷剂质量理论模型得到的所述连接管路的所述冷剂质量矩阵；

所述闪发器的参数矩阵，由如下公式表示：

其中，所述θ为所述闪发器模型参数矩阵；所述是所述闪发器特征量组成的输入矩阵，所述为闪发器制冷剂质量矩阵的转置矩阵；所述W是权重矩阵，所述w(i，i)是权重矩阵对角线上的第i项，所述k是自定义参数；

所述闪发器的所述制冷剂质量的预测值，由如下公式表示：

m_{flash_pred}＝θ^Tx_flash

其中，所述m_{flash_pred}是根据所述温度测点得到的所述闪发器质量，所述x_flash是根据所述温度测点转换得到的闪发器输入向量；

若所述制冷系统中没有所述闪发器，则所述M_flash为0。