专利名称：压缩机的速度控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及对压缩机的一些改进。
特别是，本发明涉及一种用于压缩气体的压缩机，它包括至少一个压缩机元件，该压缩机元件具有气体出口和气体进口；用于确定气体出口中的出口温度的传感器；用于确定压缩机元件的转速的传感器；马达，其具有可电子调节的速度，用于驱动该压缩机元件；以及用于所述马达的控制装置。
已知该压缩机能够在最大转数和最小转数之间在转数的特定最大转速范围内工作，该最大转速范围特别取决于旋转部件的机械限制，因此，当转数超过预定速度范围时，可能使得压缩机产生不可挽回的损坏。
速度范围的特征通常以在最大转数和最小转数之间的比例来表示，而该比例值通常为大约3.2。
已知速度范围还通过压缩机在高低转速范围内输出明显降低的现象来进行限制，因此，当压缩机的转速接近前述最大或最小转数时，压缩气体的温度可能升高至这样的程度，即压缩机元件上和压缩机下游部件上的涂层可能由于该热量而受损。实际上，当在压缩机元件出口的温度超过260至265℃的允许最大临界值时可能发生这种情况。
为了限制输出减小的影响和防止在压缩机元件出口的温度升高超过上述临界值，特别当环境对温度升高的不利影响更大时(即当为高环境温度时)、当新压缩机的加工质量不是很好时、当旧压缩机的磨损增加时等，重要的是进一步限制上述允许速度范围，上述类型的压缩机为已知，它装备有固定限速器，特别是具有固定的最小转速临界值和最大转速临界值的限速器，因此，将以最不利情况作为确定所述固定临界值的基础，即考虑压缩机具有最差制造质量、进行一定量磨损和在最大允许环境温度下工作。
具有固定限速器的该已知压缩机的缺点是，根据最差情况(假定最不利情况)确定的设定速度范围实际上对于在有利情况下(例如当低温时)的限制太大，这时，原则上，在压缩机元件的出口温度不超过前述临界值的情况下允许更高的速度范围。这意味着在偏离前述最差情况时不能充分利用该压缩机的性能来传送气体。
实际上，该已知压缩机的速度范围为最大/最小转速比为大约2.4，而在合适情况下，速度范围应当可以为3.2。
本发明的目的是通过提供一种具有动态限速器的压缩机来克服上述和其它缺点，该动态限速器根据工作环境来自动使得压缩机的速度范围最大，而不管压缩机内的状态和情况如何。
因此，本发明涉及对上述类型的压缩机的改进，其中，该压缩机提供有动态限速器，该动态限速器包括所谓的滞后模块，该滞后模块与马达的上述控制装置以及用于出口温度和转速的上述传感器连接，因此，滞后温度上限在该滞后模块中确定，由最小转速和最大转速确定的允许最大速度范围也在该滞后模块中确定，因此，当测量的出口温度达到规定的滞后温度上限时，当测量转速处于靠近最大转速的高速范围内时将使得压缩机元件的实际转速降低一个转速阶差DS，或者当测量转速处于靠近最小转速的低速范围内时将使得该实际转速增加一个转速阶差DS。
由于本发明的动态限速器，当达到前述滞后温度上限(该滞后温度上限优选是稍微低于出口温度的允许最大临界值，例如低2℃)时，转速将自动以正确方式调节，以便使得出口温度降低。
这样，速度限制并不由最差情况确定，而是在某些有利情况下，例如当环境温度较低时，压缩机的转速将覆盖由旋转部件的限制条件来确定的整个速度范围，这样，能够完全利用压缩机的整个可用能力来进行气体输出。当情况变得更差时，例如当环境温度升高时，当出口温度达到前述临界值时将自动调节速度范围，这样，即使当压缩机的磨损增加时，也将不能超过该临界值。
在滞后模块中优选是还确定了滞后温度下限，因此，当测量的出口温度达到规定的滞后温度下限时，可以再次利用整个前述允许的最大速度范围。
这样的优点是，当压缩机的工作条件变得更有利时，由于在压缩机元件出口处的温度降低，因此能够再次充分利用压缩机的能力。
本发明还涉及一种用于使用本发明的压缩机来压缩气体的方法。因为优化了压缩机的工作，因此将不会出现不希望的压缩机故障。
为了更好地解释本发明的特征，下面将参考附图介绍本发明的优选实施例，该优选实施例只是作为实例，而不是进行限制，附图中
图1表示了作为压缩机转速的函数的普通压缩机出口温度；图2表示了在压缩机的最高速度范围内的普通压缩机出口温度；图3表示了本发明的速度调节模块。
图1表示了在普通压缩机的压缩机元件出口处的压缩气体温度曲线TO，该压缩气体温度曲线TO作为压缩机转数S的函数，用于由允许最小转速SMIN和允许最大转速SMAX限制允许的最大速度范围，因此，SMIN和SMAX特别由旋转部件的限制来确定。
图1分别表示了三种出口温度曲线F1、F2和F3，这三种出口温度曲线分别用于三种不同的环境温度，即低温T1、较高温度T2和还要更高的温度T3。
由图1中清楚可知，各曲线F1-F2-F3有几乎扁平的中间部分1，这时对于相同环境温度具有几乎恒定的出口温度；以及两个陡峭部分，即在靠近SMAX的压缩机高速范围内的部分2和在靠近SMIN的压缩机低速范围内的部分3。
部分2和3分别清楚地表示了当转数在高速范围内增加和在低速范围内降低时，压缩机输出急剧降低且因此输出温度TO急剧增加的现象。
上述曲线F1-F2-F3也是其它参数的函数，特别例如工作压力、新压缩机的加工质量、旧压缩机的磨损，因此，对于加工质量不是很好的压缩机或者对于磨损更大的压缩机，曲线向上偏移。
为了使说明简单，在下文中我们将假设后面的参数保持恒定。
在图1中也表示了输出温度TO的临界值TMAX，高于该临界值TMAX时，压缩机必须停止，以便防止压缩机元件上和压缩机下游部件上的涂层由于压缩气体的过度加热而受损。
显然，由于该温度临界值TMAX，压缩机在环境温度T1下的允许速度范围由下限值OG1和上限值BG1来限制。对于较高温度T2和T3，压缩机的允许速度范围更小，并将分别在OG2和OG3之间和在BG2和BG3之间。
对于已知压缩机，处于最高允许环境温度T3的最不利情况作为确定固定速度范围的基础，且固定速度范围设置在相应下限值和上限值OG3和BG3之间。
与具有固定速度范围OG3-BG3的普通压缩机相反，本发明的压缩机提供有动态限速器，该动态限速器包括滞后模块，在该滞后模块中确定滞后上限温度HMAX，它优选是低于TMAX 2℃，因此，一旦测量的出口温度TO达到规定的滞后温度上限，当测量转速处于较高速度范围内时使得压缩机元件的实际转速降低一个可调速度阶差DS，或者当测量转速处于较低速度范围内时使得压缩机元件的实际转速增加一个速度阶差DS。
根据本发明具有动态限速器的压缩机的工作原理简单，并将在后面通过图2来表示，该图2表示了在压缩机的较高速度范围内的多个出口温度曲线，处于在32℃和40℃之间的不同温度。
例如，当从环境温度为34℃和转数为SA的情况A开始时，环境温度逐渐升高至39℃，压缩机的转数将首先保持不变，且出口温度TO将逐渐升高至使得工作点B达到滞后温度上限HMAX的点，滞后模块立即使得本发明压缩机的转数降低一个速度阶差DS，因此，工作点立即转变成点C，然后，当环境温度仍然进一步升高时，出口温度将在恒定转数SC下再次升高，直到在点D处再次达到温度上限HMAX，滞后模块以一个阶差DS进行附加速度调节，这样，工作点立即转变至点E，然后，当温度仍然进一步升高至39℃时，工作点将在恒定转速SE下运动至在曲线F39上的点F。
应当知道，这时，将不会达到出口温度的临界值TMAX，且对于更不利的情况(例如对于更高环境温度)，速度界限自动调节，这样，不会象普通压缩机那样不希望地将速度界限限制在由假设最差情况确定的更小速度范围。
根据本发明，在滞后模块中确定滞后温度下限HMIN，因此，一旦测量的出口温度TO达到该温度下限HMIN，当测量转速处于较高速度范围内时使得压缩机元件的实际转速增加，或者当测量转速处于较低速度范围内时使得压缩机元件的实际转速降低。
滞后模块优选是设置成这样，即，一旦测量的出口温度TO达到滞后温度下限HMIN，将再次能够采用在SMIN和SMAX之间的整个上述允许最大速度范围。
当从前述工作点F开始，环境温度降低至例如32℃时，转数SE将首先保持恒定，且出口温度TO将降低，直到达到HMIN，而滞后模块将向上调节本发明压缩机的转速，直到在曲线F32上的工作点H中达到允许最大转数SMAX，并因此实现最大传送，或者直到达到温度上限HMAX(当这种情况出现得更快时)。
类似的调节原理用于靠近最小转速SMIN的压缩机最低速度范围内，因此这时，当达到滞后温度上限HMAX时，速度每次增加一个速度阶差DS。这意味着压缩机的传送压力将升高至自动空转状态，并可能达到压缩机的自动停止/重新启动模式，而不会转换至具有警告和人工重新启动的不希望的停止模式。换句话说，压缩机空转运行时的速度被调节为环境温度和压缩机状态的函数。
优选是，上述速度阶差DS设置成这样，即所导致的出口温度TO的降低总是小于在滞后温度上限HMAX和滞后温度下限HMIN之间的差值，以避免压缩机转速性能的周期性不稳定。
出口温度TO以特定频率测量，例如一分钟一次。
当环境温度突然升高时，为了能够足够快地调节速度范围，该测量频率可能太低。这是因为，当在速度调节一个阶差DS之后测量出口温度TO仍然高于滞后温度上限HMAX时，测量频率将提高，这样，滞后模块能够更快速地反应，并可以调节几个连续阶差DS，直到出口温度降低至低于HMAX。
优选是，动态限速器提供有安全装置，例如为了防止速度超过允许最大速度SMAX，和/或为了防止速度降低至低于允许最小速度SMIN，和/或为了防止超过允许最大温度持续特定时间等。
优选是，对动态限速器进行编程，以便获得压缩机的几乎最佳的操作，其中速度范围大于2.5，优选是在2.7和3.5之间，且它可以调节，这样，至少可以设置允许最大温度，优选是在150℃和350℃之间，更好是在200℃和300℃之间。
图3示意表示了本发明的动态限速器。
该限速器包括用于接收来自温度传感器的信号的装置10；用于接收来自压缩机的转速传感器的信号的装置11；控制装置12，用于在规定的最大速度范围内(SMIN-SMAX)调节用于驱动压缩机旋转元件的马达的速度，例如作为压缩机元件的负载的函数，该最大速度范围由旋转部件的限制来确定；滞后模块13，用于将速度调节为装置10和装置11的信号(出口温度TO和转数S)的函数，因此，该滞后模块13可以有存储器，该存储器有多个出口温度曲线，和/或该滞后模块13可以在控制装置12中进行编程；安全装置14，用于停止压缩机，例如当出口温度TO超过最大温度时；用于最小速度的存储器15，因此，该最小速度用作初始速度，以便在压缩机空转运行后使压缩机设置进行工作，因此，该最小速度对应于在滞后模块13在压缩机的较低转速范围内或在1500至2000转每分钟的最小转速下进行最后速度调节之后的最小速度(该最小速度也可以高于1500至2000转每分钟的最小转速，例如比它高10至30％，最小为1750转每分钟)。该存储器还包含分别确定低速区域、高速区域的速度值(SMIN-K和L-SMAX)，在该低速区域和高速区域中进行动态速度调节。在中间转速区域中不进行控制。当出口温度TO达到HMAX时，确定实际转速处于该转速区域，因此将分别根据转速处于低速区域(SMIN-K)、高速区域(L-SMAX)而进行所需的转速调节，即分别使转速增加、转速降低。
权利要求
1.对压缩机的改进，该压缩机至少提供有压缩机元件，该压缩机元件具有气体出口和气体进口；用于确定气体出口中的出口温度(TO)的传感器；用于确定压缩机元件的转速(S)的传感器；可调速的马达；以及用于该马达的控制装置(12)，其特征在于该压缩机提供有动态限速器，该动态限速器包括所谓的滞后模块(13)，该滞后模块与上述控制装置(12)以及用于出口温度(TO)和转速(S)的上述传感器连接，因此，滞后温度上限(HMAX)在该滞后模块中确定，由最小转速(SMIN)和最大转速(SMAX)确定的允许最大速度范围也在该滞后模块中确定，因此，当测量的出口温度(TO)达到规定的滞后温度上限(HMAX)时，当测量的转速处于靠近最大转速(SMAX)的高速范围内时将使得压缩机元件的实际转速降低一个速度阶差(DS)，或者当测量的转速处于靠近最小转速(SMIN)的低速范围内时将使得该实际转速增加一个速度阶差(DS)。
2.根据权利要求1所述的、压缩机的改进，其特征在于滞后温度上限(HMAX)稍微低于出口温度(TO)的允许最大临界值(TMAX)，特别是低于所述临界值(TMAX)20℃，高于该临界值(TMAX)时压缩机将受损。
3.根据权利要求1或2所述的、压缩机的改进，其特征在于在滞后模块(13)中确定了滞后温度下限(HMIN)，因此，当测量的出口温度(TO)达到规定的滞后温度下限(HMIN)时，当测量的转速处于靠近最大临界转速(SMAX)的最高速度范围内时将增加压缩机元件的实际转速，或者当测量的转速处于靠近最小临界转速(SMIN)的最低速度范围内时将降低该实际转速。
4.根据权利要求3所述的、压缩机的改进，其特征在于滞后模块(13)设置成这样，即，当测量的出口温度(TO)达到滞后温度下限(HMIN)时，可以再次利用整个前述允许最大速度范围(SMAX-SMIN)。
5.根据权利要求1所述的、压缩机的改进，其特征在于当达到滞后温度上限(HMAX)时，可以调节速度阶差(DS)。
6.根据权利要求3至5中任意一个所述的、压缩机的改进，其特征在于上述速度阶差(DS)可以调节成这样，即所形成的出口温度(TO)的降低总是小于在滞后温度上限(HMAX)和滞后温度下限(HMIN)之间的差值，以避免压缩机转速性能的周期性不稳定。
7.根据权利要求1所述的、压缩机的改进，其特征在于滞后模块设置成这样，即出口温度(TO)以特定周期进行测量，即至少每分钟一次，优选是连续进行。
8.根据权利要求7所述的、压缩机的改进，其特征在于滞后模块设置成这样，即当出口温度(TO)超过滞后温度上限时，出口温度(TO)的测量周期提高。
9.根据权利要求3所述的、压缩机的改进，其特征在于由于在压缩机的低速范围内达到滞后温度上限(HMAX)而导致的转速的增加将使得工作压力增加，这将导致自动空转状态，并可能导致压缩机的自动停止/重新启动模式，而不会转变成具有警告和人工重新启动的不希望的停止模式。
10.根据前述任意一个权利要求所述的、压缩机的改进，其特征在于用于马达的上述控制装置提供有至少一个安全装置，以便防止极端状态(SMAX)。
11.根据前述任意一个权利要求所述的、压缩机的改进，其特征在于对动态限速器进行编程，以便获得压缩机的几乎最佳的工作，其中，速度范围大于2.5，优选是在2.7和3.5之间。
12.根据前述任意一个权利要求所述的、压缩机的改进，其特征在于动态限速器可以进行调节，这样，至少可以设置允许最大温度，优选是在150℃和350℃之间，更优选是在200℃和300℃之间。
13.一种用于压缩空气的方法，利用具有如前述任意一个权利要求所述的改进的压缩机。
14.一种动态限速器或滞后模块(13)，它属于如权利要求1至12中任意一个所述的压缩机中。
15.一种动态限速器，它适用于动态调节如权利要求1至12中任意一个所述的压缩机，因此，限速器包括滞后模块13，该滞后模块13有存储器，用于储存表示作为转速(S)的函数的出口温度TO的可能的出口温度曲线，且在滞后模块(13)中设定滞后温度上限和温度下限(HMAX和HMIN)以及用于转速(S)的速度阶差(DS)、当达到上述温度上限和/或温度下限(HMAX、HMIN)时能否进行调节。
16.根据权利要求15所述的动态限速器，其特征在于它包括存储器，用于当达到温度上限(HMAX)时确定压缩机的转速(S)处于低速范围内(SMIN-k)或处于高速范围内(L-SMAX)，以便因此实现正确的速度调节，分别进行速度增加或速度降低。
17.根据权利要求15或16所述的动态限速器，其特征在于它包括存储器(15)，用于当压缩机在空转运转时执行在相同速度下的自动重新启动。
全文摘要
对压缩机的改进，包括当测量的出口温度(TO)达到特定滞后温度上限(HMAX)时，当测量转速处于靠近最大转速(SMAX)的高速范围内时将使得压缩机元件的实际转速降低一个速度阶差(DS)，或者当测量转速处于靠近最小转速(SMIN)的低速范围内时将使得该实际转速增加一个速度阶差(DS)。
文档编号F04B49/00GK1678833SQ03820903
公开日2005年10月5日 申请日期2003年7月24日 优先权日2002年9月3日
发明者E·E·D·莫恩斯 申请人:艾拉斯科普库空气动力股份有限公司