CN102859116A - 空气压缩机系统及操作方法 - Google Patents

Abstract

空气压缩机系统、升级套件、计算机可读介质和用于控制空气压缩机以改进性能的方法。所述方法可包括：接收工作空气需求；确定空气压缩机的估计空气压力以输送工作空气需求；测量空气压缩机的压力；比较测量到的压力与所计算的估计空气压力；如果空气压缩机的测量到的压力大于所确定的估计空气压力一个预定的较大量，则减小空气压缩机的输出控制；以及如果空气压缩机的测量到的压力小于所计算的估计空气压力一个预定的较小量，则增加空气压缩机的输出控制。可基于所输送的工作空气的测量到的压力控制空气压缩机。油控制系统可切断通到空气压缩机的各部分的油。

Description

空气压缩机系统及操作方法

技术领域

本公开涉及空气压缩机系统及其操作方法，并且更具体地涉及改进空气压缩机系统的操作效率的空气压缩机系统及其操作方法。

背景技术

在下面的背景论述中，参考了某些结构和/或方法。然而，以下参考不应理解为认为这些结构和/或方法构成现有技术。申请人明确地保留证明这样的结构和/或方法不具有作为现有技术资格的权利。

空气压缩机输送可能执行许多有用功能的压缩空气源。其中使用空气压缩机的一个示例是用于钻凿装置。尽管以下解释限于钻凿装置，但是应理解，所公开的空气压缩机系统及其操作方法不限于钻凿装置。一些钻凿装置操作如下。钻柱（该钻柱为连接在一起的一个或更多个钻管）的钻头被旋转，以在地面中即在泥土和/或岩石中钻孔。为了在钻孔时冲洗来自孔的切屑，可使用空气压缩机输送加压空气，加压空气通过钻柱向下连通到钻头的前面。切屑被捕捉在从钻头来的气流中并且当空气沿钻柱的外部向上行进时被带到表面。加压空气还可用于冷却钻头的切削元件。这是压缩空气可由钻凿装置使用的一种方式。

压缩空气还可在冲击钻孔中使用，在冲击钻孔中，压缩空气用于使冲击活塞往复运动，冲击活塞将冲击吹气从活塞施加到旋转钻头，以提高切削行为。活塞可被设置在钻头正上方的地表面下方（即，所谓的潜孔锤），或可被设置在钻孔的表面上方。

在许多压缩空气应用中，由发动机（例如燃料驱动发动机或电驱动马达）驱动空气压缩机是常见的，发动机也可驱动其它装备，比如可用于执行以下功能的液压系统：动力液压系统，用于升高和降低钻柱，经由齿轮箱旋转钻柱，随着钻孔前进而向钻柱添加钻杆，当从孔抽出钻柱时从钻柱移除钻杆，升高和降低钻凿井架，升高和降低调平用千斤顶，以及推进钻凿装置（在可移动的钻凿装置的情形中）。发动机还可驱动液压泵和冷却系统的冷却风扇。

这样的钻机的压缩空气需求与用于冲洗切屑的冲洗空气的供应和/或驱动冲击工具的冲击活塞和/或可由钻凿装置使用的其它附件相关联。在钻凿装置的操作期间，可能不需要加压空气，比如在增加或移除钻杆、重新定位钻架、设置钻架、午休时间期间。尽管在这些时段期间不需要循环压缩空气来冲洗切屑或使冲击活塞往复运动，但是可能仍需要驱动发动机（发动机驱动空气压缩机和液压设备）以便继续为液压设备提供动力。

在一些空气压缩系统中，空气压缩机和发动机之间的驱动连接使得无论发动机何时被驱动，空气压缩机都被驱动，尽管当不进行钻孔时，空气压缩机的连续操作是不必要的。

存在能够采取的进一步减小不必要的能量消耗的某些措施。例如，可在发动机和空气压缩机之间设置离合器，以在低空气需求时段期间卸载压缩机，但是这将明显增加装备的成本，且在压缩机必须频繁地卸载的情形中离合器将迅速磨损。另外，以频繁的间隔开启压缩机和关闭压缩机是不经济的且不实际的。而且，即使在不需要大量压缩空气的时段期间，可能仍需要较少的量，使得空气压缩机可能必须循环开和关，以为了较小的量而保持充分加压的储气罐（来自空气压缩机的加压空气可被储存的位置）。

另一可能的能量节省措施涉及提供用于卸载空气压缩机的变速齿轮传动器，但是传动器是复杂的且较昂贵，如具有离合器的双速齿轮传动器一样。利用变速齿轮传动器，驱动空气压缩机的马达的每分钟转数（RPM）可减少，以减小能量消耗。

另一可能措施涉及利用液压马达驱动空气压缩机，该液压马达能够在低压需求时段期间容易停止或被减慢。例如，当钻杆被添加到钻柱时。然而，这样的传动器是相对低效的（许多具有至多80%的效率），因此在低压缩空气消耗时段期间所实现的任何能量节省将可能在高空气压缩消耗时段期间丢失。

因此，将希望提供一种采用节约能量的发动机驱动的空气压缩机的空气压缩系统。

发明内容

提供了一种空气压缩机系统。该空气压缩机系统包括：空气压缩机，该空气压缩机具有空气入口和空气出口，该空气压缩机被构造成压缩来自空气入口的空气并将一定体积的压缩空气输送到空气出口；可调节的入口阀，该可调节的入口阀被构造成控制到达空气压缩机的空气入口的空气的量；压力传感器，该压力传感器被构造成测量空气压缩机的空气压力；工作空气出口阀，该工作空气出口阀与空气压缩机的空气出口连通，工作空气出口被构造成当工作空气出口阀打开时将来自空气压缩机的空气出口的所述一定体积中的至少一些体积的压缩空气作为工作空气输送；以及控制器，该控制器与可调节的入口阀和压力传感器通讯，其中控制器被构造成接收工作空气需求，并且控制器被构造成基于空气压缩机的测量到的空气压力与所计算的估计空气压力比较来调节可调节的入口阀，以使空气压缩机输送工作空气需求。

压力传感器可测量空气压缩机的空气入口的空气压力。

压力传感器可测量空气压缩机内部的真空度。

控制器可被构造成当测量到的空气压力小于预定的较小量时调节可调节的入口阀，以增加到达空气压缩机的空气入口的空气的量，并且控制器被构造成当测量到的空气压力大于预定的较大量时调节可调节的入口阀，以减小到达空气压缩机的空气入口的空气的量。

控制器可被构造成基于储存信息计算可调节的空气入口阀的设置，以输送工作空气需求并将可调节的空气入口调节到所计算的设置。

可基于接收到以下输入来计算工作空气需求：钻管直径、钻头直径和用于钻孔的冲洗空气的期望的向上钻孔速度。

空气压缩机系统可包括工作空气压力传感器，该工作空气压力传感器被构造成测量所输送的工作空气的空气压力；其中控制器还被构造成与工作空气压力传感器通讯并且被构造成基于所输送的工作空气的测量到的空气压力与工作空气需求的比较来调节可调节的入口阀。

工作空气压力传感器可位于钻孔中并且测量冲洗空气压力。

控制器可被构造成通过计算所输送的工作空气的测量到的空气压力在预定的时间段内的运行平均值来调节可调节的入口阀，并且如果运行平均值小于工作空气需求多于一个预定的较小量，则调节可调节的入口阀，以增加到达空气压缩机的空气入口的空气的量，并且如果运行平均值大于期望的冲洗空气压力多于一个预定的较大量，则调节可调节的入口阀，以减小到达空气压缩机的空气入口的空气的量。

控制器可被构造成在预定量的时间之后基于压缩机的测量到的空气压力而停止调节可调节的入口阀。

空气压缩机系统可包括：接收器，该接收器具有空气入口和空气出口，该接收器被构造成储存压缩空气；主空气排放通道，该主空气排放通道连接到空气压缩机的空气出口和接收器的空气入口；单向阀，该单向阀被设置在空气压缩机的空气出口和接收器的空气入口之间的主空气排放通道中；放泄阀，该放泄阀与接收器连通并被构造成当放泄阀打开时释放接收器的所储存的压缩空气；接收器压力传感器，该接收器压力传感器被构造成测量接收器的空气压力；另一单向阀，该另一单向阀被设置在辅助排放通道中；并且其中工作空气出口阀通过接收器的空气出口与空气压缩机的空气出口连通，且其中控制器与接收器压力传感器通讯，并且控制器被构造成当测量到的接收器压力超过预定的最大值时调节可调节的入口阀，以减小到达空气压缩机的空气入口的空气的量，并且控制器被构造成当测量到的接收器压力下降到预定的最小值之下时调节可调节的入口阀，以增加到达空气压缩机的空气入口的空气的量。

在实施例中，空气压缩机系统不包括设置在接收器和工作空气出口阀之间的最小压力阀。

空气压缩机系统可包括：发动机，该发动机驱动空气压缩机，该发动机具有每分钟转数（RPM）；以及RPM传感器，该RPM传感器被构造成测量发动机的RPM，其中RPM传感器与控制器通讯；并且其中控制器被构造成在起动模式期间关闭可调节的入口阀并打开放泄阀，其中起动模式被定义为当发动机起动直到发动机达到RPM的阈值数的时候。

空气压缩机系统可包括与控制器通讯的键；并且其中响应于接收到键已经被关闭的指示，控制器被构造成将可调节的入口阀调节到关闭且打开放泄阀。

空气压缩机系统可包括：接收器，该接收器具有空气入口和空气出口，该接收器被构造成储存压缩空气，其中工作空气出口阀通过接收器的空气出口与空气压缩机的空气出口连通；主空气排放通道，该主空气排放通道连接到空气压缩机的空气出口和接收器的空气入口；单向阀，该单向阀被设置在空气压缩机的空气出口和接收器的空气入口之间的主空气排放通道中；排气泵，该排气泵具有空气入口和空气出口，排气泵的空气入口与空气压缩机的空气出口连通，以使排气泵能够将空气吸出空气压缩机；辅助排放通道，该辅助排放通道在单向阀的下游将排气泵的空气出口与主空气排放通道连通；排气泵隔离阀，该排气泵隔离阀被设置在空气压缩机的空气出口和排气泵的空气入口之间并且被构造成具有关闭位置和打开位置，该关闭位置将空气压缩机的空气出口与排气泵的空气入口隔离，在该打开位置中，空气压缩机的空气出口与排气泵的空气入口连通；另一单向阀，该另一单向阀被设置在辅助排放通道中；并且其中控制器与排气泵和排气泵隔离阀通讯，并且其中控制器被构造成通过打开排气泵隔离阀并关闭可调节的入口阀来卸载空气压缩机。

空气压缩机系统可包括：第一油管路，该第一油管路连接到空气压缩机和接收器，该第一油管路被构造成使得油能够在第一油管路中从接收器流动到空气压缩机；第二油管路，该第二油管路连接到空气压缩机和接收器，该第二油管路被构造成允许油在第二油管路中从接收器流动到空气压缩机；以及油止挡阀，该油止挡阀被设置在接收器和空气压缩机之间的第二油管路中，且该油止挡阀被构造成当空气压缩机的空气出口处的空气压力下降到预定的油打开压力之下时关闭第二油管路，使得油不能流动通过第二油管路。

第一油管路可被构造成将油供应到空气压缩机的轴承润滑管路并且第二油管路被构造成将油供应到空气压缩机的冷却管路。

公开了控制空气压缩机的方法。该方法包括响应于工作空气被接通，测量工作空气压力，以及基于测量到的工作空气压力调节可调节的空气入口的开度，可调节的入口阀被构造成控制到达空气压缩机的入口的空气的量；并且响应于工作空气被断开，测量接收器空气压力，并基于测量到的接收器空气压力调节可调节的空气入口的开度，接收器被构造成储存由空气压缩机压缩的空气。

方法可包括响应于接收工作空气需求，基于工作空气需求计算空气压缩机的空气入口的设置，并且利用所计算的设置调节空气压缩机的空气入口。

方法可包括响应于接收工作空气需求，基于工作空气需求计算空气压缩机的空气入口的空气压力，测量空气压缩机的空气入口的空气压力，基于所计算的空气压力和测量到的空气压力调节空气压缩机的空气入口。

公开了控制空气压缩机的方法。该方法可包括：接收工作空气需求；计算空气压缩机的估计空气压力，以使空气压缩机输送工作空气需求；测量空气压缩机的压力；比较空气压缩机的测量到的压力与所计算的估计空气压力；当空气压缩机的测量到的压力大于所计算的估计空气压力一个预定的较大量时，则减小可调节的入口阀的开度；以及当空气压缩机的测量到的压力小于所计算的估计空气压力一个预定的较小量时，则增加可调节的入口阀的开度，可调节的入口阀被构造成控制到达空气压缩机的入口的空气的量。

测量空气压缩机的压力可包括测量空气压缩机的压力，其中测量到的压力为空气压缩机内部的压力。

方法可包括：测量所输送的工作空气压力；计算所输送的工作空气压力的运行平均值；比较所计算的运行平均值与工作空气需求；当工作空气需求大于所计算的运行平均值一个第二预定的较大量时，则增加可调节的入口阀的开度；以及当工作空气需求小于所计算的运行平均值一个第二预定的较小量时，则减小可调节的入口阀的开度。

方法可包括按如下重复该方法：在过去预定量的时间之前，回到开始测量空气压缩机的压力的步骤；以及在过去预定量的时间之后，回到开始测量所输送的工作空气压力的步骤。

方法可包括：计算空气压缩机的可调节的空气入口的设置，以输送工作空气需求；以及将可调节的空气入口调节到所计算的设置。

方法可包括响应接收到不再需要工作空气需求的指示，基于接收器压力而调节可调节的入口阀的开度，其中接收器被构造成储存来自空气压缩机的压缩空气。

方法可包括：测量接收器的空气压力，其中接收器被构造成储存来自空气压缩机的压缩空气；比较接收器的测量到的空气压力与最大值和最小值；当接收器的测量到的空气压力大于最大值时，则减小可调节的入口阀的开度；并且当接收器的测量到的空气压力小于最小值时，则增加可调节的入口阀的开度。

公开了一种空气压缩机系统。空气压缩机系统包括：空气压缩机，该空气压缩机具有空气入口和空气出口，该空气压缩机被构造成压缩来自空气入口的空气并将一定体积的压缩空气输送到空气出口；可调节的入口阀，该可调节的入口阀被构造成控制到达空气压缩机的空气入口的空气的量；工作空气出口阀，该工作空气出口阀与空气压缩机的空气出口连通，工作空气出口被构造成当工作空气出口阀打开时将来自空气压缩机的空气出口的所述一定体积中的至少一些体积的压缩空气作为工作空气输送；接收器，该接收器具有空气入口和空气出口，该接收器被构造成储存压缩空气，其中工作空气出口阀通过接收器的空气出口与空气压缩机的空气出口连通；主空气排放通道，该主空气排放通道连接到空气压缩机的空气出口和接收器的空气入口；单向阀，该单向阀被设置在空气压缩机的空气出口和接收器的空气入口之间的主空气排放通道中；排气泵，该排气泵具有空气入口和空气出口，该排气泵的空气入口与空气压缩机的空气出口连通，以使得排气泵能够将空气吸出空气压缩机；辅助排放通道，该辅助排放通道在单向阀的下游将排气泵的空气出口与主空气排放通道连通；排气泵隔离阀，该排气泵隔离阀被设置在空气压缩机的空气出口和排气泵的空气入口之间并被构造成具有关闭位置和打开位置，该关闭位置将空气压缩机的空气出口与排气泵的空气入口隔离，在该打开位置中，空气压缩机的空气出口与排气泵的空气入口连通；另一单向阀，该另一单向阀被设置在辅助排放通道中；第一油管路，该第一油管路连接到空气压缩机和接收器，且该第一油管路被构造成使油能够在第一油管路中从接收器流动到空气压缩机；第二油管路，该第二油管路连接到空气压缩机和接收器，且该第二油管路被构造成允许油在第二油管路中从接收器流动到空气压缩机；以及油止挡阀，该油止挡阀被设置在接收器和空气压缩机之间的第二油管路中，且该油止挡阀被构造成当在空气压缩机的空气出口处的空气压力下降到预定的油打开压力之下时关闭第二油管路，使得油不能流动通过第二油管路。

第一油管路可被构造成将油供应到空气压缩机的轴承润滑管路并且第二油管路被构造成将油供应到空气压缩机的冷却管路。

控制器可与排气泵和排气泵隔离阀连通，并且其中控制器被构造成通过打开排气泵隔离阀、关闭可调节的入口阀并开启排气泵来卸载空气压缩机。

公开了一种空气压缩机系统。该空气压缩机系统包括：空气压缩机，该空气压缩机具有空气入口和空气出口，该空气压缩机被构造成压缩来自空气入口的空气并将一定体积的压缩空气输送到空气出口；可调节的入口阀，该可调节的入口阀被构造成控制到达空气压缩机的空气入口的空气的量；工作空气压力传感器，该工作空气压力传感器被构造成测量所输送的工作空气的空气压力；工作空气出口阀，该工作空气出口阀与空气压缩机的空气出口连通，工作空气出口被构造成当工作空气出口阀打开时将来自空气压缩机的空气出口的所述一定体积中的至少一些体积的压缩空气作为工作空气输送；以及控制器，该控制器与可调节的入口阀和工作空气压力传感器通讯，其中控制器被构造成接收工作空气需求，且控制器被构造成基于所输送的工作空气的测量到的空气压力与工作空气需求的比较来调节可调节的入口阀。

控制器可被构造成通过计算所输送的工作空气的测量到的空气压力在预定的时间段内的运行平均值来调节可调节的入口阀，并且如果运行平均值小于工作空气需求多于一个预定的较小量，则调节可调节的入口阀，以增加到达空气压缩机的空气入口的空气的量，并且如果运行平均值大于期望的冲洗空气压力多于一个预定的较大量，则调节可调节的入口阀，以减小到达空气压缩机的空气入口的空气的量。

控制器可被构造成当所输送的工作空气的测量到的空气压力小于预定的较小量时调节可调节的入口阀，以增加到达空气压缩机的空气入口的空气的量，并且控制器被构造成当所输送的工作空气的测量到的空气压力大于预定的较大量时调节可调节的入口阀，以减小到达空气压缩机的空气入口的空气的量。

控制器还可被构造成基于存储信息计算可调节的空气入口阀的设置，以输送工作空气需求，并且被构造成将可调节的空气入口调节到所计算的设置。

可基于接收到以下输入来计算工作空气需求：钻管直径、钻头直径和用于钻孔的冲洗空气的期望的向上钻孔速度。

工作空气压力传感器可位于钻孔中且测量冲洗空气压力。

公开了控制空气压缩机的方法。控制空气压缩机的方法包括：接收工作空气需求；调节可调节的空气入口；测量所输送的工作空气压力；比较测量到的所输送的工作空气压力与工作空气需求；当工作空气需求大于测量到的所输送的工作空气压力一个第二预定的较大量时，则增加可调节的入口阀的开度；并且当工作空气需求小于测量到的所输送的工作空气压力一个第二预定的较小量时，则减小可调节的入口阀的开度。

方法可包括：计算所输送的工作空气压力的运行平均值；比较所计算的运行平均值与工作空气需求；当工作空气需求大于所计算的运行平均值一个第二预定的较大量时，则减小可调节的入口阀的开度；以及当工作空气需求小于所计算的运行平均值一个第二预定的较小量时，则增加可调节的入口阀的开度。

方法可包括：计算空气压缩机的可调节的空气入口的设置，以输送工作空气需求；以及将可调节的空气入口调节到所计算的设置。

方法可包括：计算空气压缩机的估计空气压力，以使空气压缩机输送工作空气需求；测量空气压缩机的压力；比较空气压缩机的测量到的压力与所计算的估计空气压力；当空气压缩机的测量到的压力大于所计算的估计空气压力一个预定的较大量时，则减小可调节的入口阀的开度；以及当空气压缩机的测量到的压力小于所计算的估计空气压力预定的较小量时，则增加可调节的入口阀的开度，可调节的入口阀被构造成控制到达空气压缩机的入口的空气的量。

测量空气压缩机的压力可包括测量空气压缩机的压力，其中测量到的压力为空气压缩机内部的压力。

公开了一种空气压缩机系统。该空气压缩机系统包括：空气压缩机，该空气压缩机具有空气入口和空气出口，该空气压缩机被构造成压缩来自空气入口的空气并将一定体积的压缩空气输送到空气出口；输出控制，该输出控制被构造成控制由空气压缩机压缩的空气的量；压力传感器，该压力传感器被构造成测量空气压缩机的空气压力；工作空气出口阀，该工作空气出口阀与空气压缩机的空气出口连通，工作空气出口被构造成当工作出口阀打开时将来自空气压缩机的空气出口的所述一定体积中的至少一些体积的压缩空气作为工作空气输送；以及控制器，该控制器与输出控制和压力传感器通讯，其中该控制器被构造成接收工作空气需求，且控制器被构造成基于空气压缩机的测量到的空气压力与所计算的估计空气压力的比较来调节输出控制，以使空气压缩机输送工作空气需求。

控制器可被构造成通过以下中的至少一项调节空气压缩机的输出控制：调节可调节的入口阀的开度，调节发动机的RPM和调节离合器控制。

压力传感器可测量空气压缩机的空气入口的空气压力。

压力传感器可测量空气压缩机内部的真空度。

控制器可被构造成当测量到的空气压力小于预定的较小量时调节输出控制，以增加到达空气压缩机的空气入口的空气的量，并且控制器被构造成当测量到的空气压力大于预定的较大量时调节输出控制，以减小到达空气压缩机的空气入口的空气的量。

控制器还可被构造成基于存储信息计算输出控制的设置，以输送工作空气需求，并且被构造成将输出控制调节到所计算的设置。

可基于接收到以下输入来计算工作空气需求：钻管直径、钻头直径和用于钻孔的冲洗空气的期望的向上钻孔速度。

空气压缩机系统可包括工作空气压力传感器，该工作空气压力传感器被构造成测量所输送的工作空气的空气压力；其中控制器还被构造成与工作空气压力传感器通讯并且被构造成基于所输送的工作空气的测量到的空气压力与工作空气需求的比较来调节输出控制。

工作空气压力传感器可位于钻孔中且测量冲洗空气压力。

控制器可被构造成通过计算所输送的工作空气的测量到的空气压力在预定的时间段内的运行平均值来调节输出控制，并且如果运行平均值小于工作空气需求多于一个预定的较小量，则调节输出控制，以增加由空气压缩机产生的空气的量，并且如果运行平均值大于期望的冲洗空气压力多于一个预定的较大量，则调节输出控制，以减小由空气压缩机产生的空气的量。

控制器可被构造成在预定量的时间之后基于压缩机的测量到的空气压力而停止调节输出控制。

空气压缩机系统可包括：接收器，该接收器具有空气入口和空气出口，该接收器被构造成储存压缩空气；主空气排放通道，该主空气排放通道被连接到空气压缩机的空气出口和接收器的空气入口；单向阀，该单向阀被设置在空气压缩机的空气出口和接收器的空气入口之间的主空气排放通道中；放泄阀，该放泄阀与接收器连通并被构造成当放泄阀打开时释放接收器的所储存的压缩空气；接收器压力传感器，该接收器压力传感器被构造成测量接收器的空气压力；另一单向阀，该另一单向阀被设置在辅助排放通道中；并且其中工作空气出口阀通过接收器的空气出口与空气压缩机的空气出口连通，并且其中控制器与接收器压力传感器通讯，并且控制器被构造成当测量到的接收器压力超过预定的最大值时调节输出控制，以减小由空气压缩机产生的空气的量，并且控制器被构造成当测量到的接收器压力下降到预定的最小值之下时调节输出控制，以增加由空气压缩机产生的空气的量。

在实施例中，空气压缩机系统不包括被设置在接收器和工作空气出口阀之间的最小压力阀。

空气压缩机系统可包括：发动机，该发动机驱动空气压缩机，该发动机具有每分钟转数（RPM）；以及RPM传感器，该RPM传感器被构造成测量发动机的RPM，其中RPM传感器与控制器通讯；并且其中控制器被构造成在起动模式期间关闭输出控制并打开放泄阀，其中起动模式被定义为当发动机起动直到发动机达到RPM的阈值数的时候。

空气压缩机系统可包括与控制器通讯的键；并且其中响应于接收到键已经被关闭的指示，控制器被构造成将输出控制调节到关闭，因此空气压缩机不产生压缩空气，且打开放泄阀。

空气压缩机系统可包括：接收器，该接收器具有空气入口和空气出口，该接收器被构造成储存压缩空气，其中工作空气出口阀通过接收器的空气出口与空气压缩机的空气出口连通；主空气排放通道，该主空气排放通道连接到空气压缩机的空气出口和接收器的空气入口；单向阀，该单向阀被设置在空气压缩机的空气出口和接收器的空气入口之间的主空气排放通道中；排气泵，该排气泵具有空气入口和空气出口，排气泵的空气入口与空气压缩机的空气出口连通，以使得排气泵能够将空气吸出空气压缩机；辅助排放通道，该辅助排放通道从单向阀的下游将排气泵的空气出口与主空气排放通道连通；排气泵隔离阀，该排气泵隔离阀被设置在空气压缩机的空气出口和排气泵的空气入口之间并被构造成具有关闭位置和打开位置，该关闭位置将空气压缩机的空气出口与排气泵的空气入口隔离，在该打开位置中，空气压缩机的空气出口与排气泵的空气入口连通；另一单向阀，该另一单向阀被设置在辅助排放通道中；并且其中控制器与排气泵和排气泵隔离阀通讯，且其中控制器被构造成通过打开排气泵隔离阀并关闭可调节的入口阀来卸载空气压缩机。

空气压缩机系统可包括：第一油管路，该第一油管路连接到空气压缩机和接收器，且该第一油管路被构造成使得油能够在第一油管路中从接收器流动到空气压缩机；第二油管路，该第二油管路连接到空气压缩机和接收器，且该第二油管路被构造成允许油在第二油管路中从接收器流动到空气压缩机；以及油止挡阀，该油止挡阀被设置在接收器和空气压缩机之间的第二油管路中，该油止挡阀被构造成当空气压缩机的空气出口处的空气压力下降到预定的油打开压力之下时关闭第二油管路，使得油不能流动通过第二油管路。

第一油管路可被构造成将油供应到空气压缩机的轴承润滑管路并且第二油管路被构造成将油供应到空气压缩机的冷却管路。

控制器还可被构造成基于钻头的深度调节工作空气需求，其中从以下中的至少一项接收钻头的深度：被构造成测量钻头在钻孔中的深度的深度传感器，或被构造成接收钻头的深度的指示的输入设备。

控制器还可被构造成减小工作空气需求持续以下中的至少一项地：短时间段或短钻孔距离。

控制器还可被构造成：如果工作空气出口阀打开则调节输出控制，以在工作空气出口阀处维持最小压力。

公开了控制空气压缩机的方法。该方法包括：响应于工作空气被接通，测量工作空气压力，并且基于测量到的工作空气压力调节空气压缩机的输出控制；以及响应于工作空气被断开，测量接收器空气压力，并且基于测量到的接收器空气压力调节空气压缩机的输出控制，接收器被构造成储存由空气压缩机压缩的空气。

基于测量到的工作空气压力调节空气压缩机的输出控制可包括基于测量到的工作空气压力调节以下中的至少一项：可调节的阀入口的开度、发动机的RPM和离合器控制；并且其中基于测量到的接收器空气压力调节空气压缩机的输出控制包括：基于测量到的接收器空气压力调节以下中的至少一项：可调节的入口阀的开度、发动机的RPM和离合器控制，接收器被构造成储存由空气压缩机压缩的空气。

方法可包括响应于接收工作空气需求，基于工作空气需求计算空气压缩机的输出控制的设置，并且利用所计算的设置调节空气压缩机的输出控制。

方法可包括响应于接收工作空气需求，基于工作空气需求计算空气压缩机的空气入口的空气压力，测量空气压缩机的空气入口的空气压力，基于所计算的空气压力和测量到的空气压力调节空气压缩机的输出控制。

测量工作空气压力可包括通过确定工作空气压力的运行平均值测量工作空气压力。

方法可包括基于钻头的深度调节工作空气需求。

控制空气压缩机的方法。该方法包括：接收工作空气需求；计算空气压缩机的估计空气压力，以使空气压缩机输送工作空气需求；测量空气压缩机的压力；比较空气压缩机的测量到的压力与所计算的估计空气压力；如果空气压缩机的测量到的压力大于所计算的估计空气压力一个预定的较大量，则减小空气压缩机的输出控制；以及如果空气压缩机的测量到的压力小于所计算的估计空气压力一个预定的较小量，则增加空气压缩机的输出控制。

减小空气压缩机的输出控制可包括以下中的至少一项：减小可调节的入口阀的开度、降低发动机的RPM以及减小离合器控制，并且其中增加空气压缩机的输出控制包括以下中的至少一项：增加可调节的入口阀的开度、增加发动机的RPM和增加离合器控制。

测量空气压缩机的压力可包括测量空气压缩机的压力，其中测量到的压力为空气压缩机内部的压力。

方法可包括：测量所输送的工作空气压力；计算所输送的工作空气压力的运行平均值；比较所计算的运行平均值与工作空气需求；如果工作空气需求大于所计算的运行平均值一个第二预定的较大量，则增加输出控制；以及如果工作空气需求小于所计算的运行平均值一个第二预定的较小量，则减小输出控制。

方法可包括按如下重复该方法：在过去预定量的时间之前，回到开始测量空气压缩机的压力的步骤；以及在过去预定量的时间之后，回到开始测量所输送的工作空气压力的步骤。

方法可包括：计算输出控制的设置，以输送工作空气需求；以及将输出控制调节到所计算的设置。

方法可包括响应接收到不再需要工作空气需求的指示，基于接收器压力调节输出控制，其中接收器被构造成储存来自空气压缩机的压缩空气。

方法可包括：测量接收器的空气压力，其中接收器被构造成储存来自空气压缩机的压缩空气；比较接收器的测量到的空气压力与最大值和最小值；当接收器的测量到的空气压力大于最大值时，则减小输出控制；并且当接收器的测量到的空气压力小于最小值时，则增加输出控制。

如果空气压缩机的测量到的压力较大可包括：如果空气压缩机的测量到的压力大于所计算的估计空气压力一个预定的较大量以及空气压缩机的测量到的压力大于对于最小工作空气压力而言的最小压力，则减小空气压缩机的输出控制。

方法可包括基于钻头的深度增加工作空气需求。

方法可包括减少工作空气需求持续以下中的至少一项：短时间段或短钻孔距离。

公开了一种空气压缩机系统。该空气压缩机系统包括：空气压缩机，该空气压缩机具有空气入口和空气出口，该空气压缩机被构造成压缩来自空气入口的空气并将一定体积的压缩空气输送到空气出口；输出控制，该输出控制被构造成控制由空气压缩机压缩的空气的量；工作空气出口阀，该工作空气出口阀与空气压缩机的空气出口连通，工作空气出口被构造成当工作空气出口阀打开时将来自空气压缩机的空气出口的所述一定体积中的至少一些体积的压缩空气作为工作空气输送；接收器，该接收器具有空气入口和空气出口，该接收器被构造成储存压缩空气，其中工作空气出口阀通过接收器的空气出口与空气压缩机的空气出口连通；主空气排放通道，该主空气排放通道连接到空气压缩机的空气出口和接收器的空气入口；第一油管路，该第一油管路连接到空气压缩机和接收器，且该第一油管路被构造成使油能够在第一油管路中从接收器流动到空气压缩机；第二油管路，该第二油管路连接到空气压缩机和接收器，且该第二油管路被构造成允许油在第二油管路中从接收器流动到空气压缩机；以及油止挡阀，该油止挡阀被设置在接收器和空气压缩机之间的第二油管路中，且油止挡阀被构造成关闭第二油管路，使得油不能流动通过第二油管路。

油止挡阀可被构造成当空气压缩机的空气出口处的空气压力下降到预定的油打开压力之下时关闭第二油管路，使得油不能流动通过第二油管路。

油止挡阀可被构造成基于接收来自控制器的信号关闭第二油管路，使得油不能流动通过第二油管路。

空气压缩机系统可包括:单向阀,该单向阀被设置在空气压缩机的空气出口和接收器的空气入口之间的主空气排放通道中；排气泵，该排气泵具有空气入口和空气出口，排气泵的空气入口与空气压缩机的空气出口连通，以使得排气泵能够将空气吸出空气压缩机；辅助排放通道，该辅助排放通道从单向阀的下游将排气泵的空气出口与主空气排放通道连通；排气泵隔离阀，该排气泵隔离阀被设置在空气压缩机的空气出口和排气泵的空气入口之间并被构造成具有关闭位置和打开位置，该关闭位置将空气压缩机的空气出口与排气泵的空气入口隔离，在该打开位置中，空气压缩机的空气出口与排气泵的空气入口连通；以及另一单向阀，该另一单向阀被设置在辅助排放通道中。

第一油管路可被构造成将油供应到空气压缩机的轴承润滑管路并且第二油管路被构造成将油供应到空气压缩机的冷却管路。

控制器可与排气泵和排气泵隔离阀通讯，且其中控制器可被构造成通过打开排气泵隔离阀、关闭可调节的入口阀并开启排气泵来卸载空气压缩机。

公开了一种空气压缩机系统。该空气压缩机系统可包括：空气压缩机，该空气压缩机具有空气入口和空气出口，该空气压缩机被构造成压缩来自空气入口的空气并将一定体积的压缩空气输送到空气出口；输出控制，该输出控制被构造成控制由空气压缩机压缩的空气的量；工作空气压力传感器，该工作空气压力传感器被构造成测量所输送的工作空气的空气压力；工作空气出口阀，该工作空气出口阀与空气压缩机的空气出口连通，工作空气出口被构造成当工作空气出口阀打开时将来自空气压缩机的空气出口的所述一定体积中的至少一些体积的压缩空气作为工作空气输送；以及控制器，该控制器与可调节的入口阀和工作空气压力传感器通讯，其中控制器被构造成接收工作空气需求，且被构造成基于所输送的工作空气的测量到的空气压力与工作空气需求的比较来调节输出控制。

控制器可被构造成通过以下中的至少一项调节空气压缩机的输出控制：调节可调节的入口阀的开度、调节发动机的RPM和调节离合器控制。

控制器可被构造成通过计算所输送的工作空气的测量到的空气压力在预定的时间段内的运行平均值来调节输出控制，并且如果运行平均值小于工作空气需求多于一个预定的较小量，则调节输出控制，以增加到达空气压缩机的空气入口空气的量，并且如果运行平均值大于期望的冲洗空气压力多于一个预定的较大量，则调节输出控制，以减小到达空气压缩机的空气入口的空气的量。

控制器可被构造成当所输送的工作空气的测量到的空气压力小于预定的较小量时调节输出控制，以增加由空气压缩机产生的空气的量，并且控制器被构造成当所输送的工作空气的测量到的空气压力大于预定的较大量时调节输出控制，以减小由空气压缩机产生的空气的量。

控制器可被构造成基于存储信息计算输出控制的设置，以输送工作空气需求，并且被构造成将输出控制调节到所计算的设置。

可基于接收以下输入来计算工作空气需求：钻管直径、钻头直径和用于钻孔的冲洗空气的期望的向上钻孔速度。

工作空气压力传感器可位于钻孔中且测量冲洗空气压力。

控制器还可被构造成基于钻头的深度调节工作空气需求，其中从以下中的至少一项接收钻头的深度：被构造成测量钻头在钻孔中的深度的深度传感器，或被构造成接收钻头的深度的指示的输入设备。

控制器可被构造成减小工作空气需求持续以下中的至少一项：短时间段或短钻孔距离。

控制器可被构造成：如果工作空气出口阀打开，则调节输出控制，以维持对于输送的工作空气出口阀而言的最小压力。

公开了控制空气压缩机的方法。该方法包括：接收工作空气需求；调节空气压缩机的输出控制；测量所输送的工作空气压力；比较测量到的所输送的工作空气压力与工作空气需求；如果工作空气需求大于测量到的所输送的工作空气压力一个第一预定的较大量，则增加空气压缩机的输出控制；并且如果工作空气需求小于测量到的所输送的工作空气压力一个第二预定的较小量，则减小空气压缩机的输出控制。

空气压缩机的输出控制可包括增加以下中的至少一项：可调节的入口阀的开度、发动机的RPM以及离合器控制；并且其中减小空气压缩机的输出控制包括减小以下中的至少一项：可调节的入口阀的开度、发动机的RPM和离合器控制。

方法可包括：计算所输送的工作空气压力的运行平均值；比较所计算的运行平均值与工作空气需求；如果工作空气需求大于所计算的运行平均值一个第二预定的较大量，则减小输出控制；以及如果工作空气需求小于所计算的运行平均值一个第二预定的较小量，则增加输出控制。

方法可包括：计算空气压缩机的输出控制的设置，以输送工作空气需求；以及将输出控制调节到所计算的设置。

方法可包括：计算空气压缩机的估计空气压力，以使空气压缩机输送工作空气需求；测量空气压缩机的压力；比较空气压缩机的测量到的压力与所计算的估计空气压力；如果空气压缩机的测量到的压力大于所计算的估计空气压力一个预定的较大量，则减小输出控制；以及如果空气压缩机的测量到的压力小于所计算的估计空气压力一个预定的较小量，则增加输出控制。

测量空气压缩机的压力可包括测量空气压缩机的压力，其中测量到的压力为空气压缩机内部的压力。

公开了计算机程序产品。计算机程序产品包括：计算机可读介质，包括：第一组代码，该第一组代码用于使计算机计算空气压缩机的估计空气压力，以使空气压缩机输送工作空气需求；第二组代码，该第二组代码用于使计算机测量空气压缩机的压力；第三组代码，该第三组代码用于使计算机比较空气压缩机的测量到的压力与所计算的估计空气压力；第四组代码，该第四组代码用于在空气压缩机的测量到的压力大于所计算的估计空气压力一个预定的较大量时使计算机减小可调节的入口阀的开度；第四组代码，该第四组代码用于在空气压缩机的测量到的压力小于所计算的估计空气压力一个预定的较小量时使计算机增加可调节的入口阀的开度，其中可调节的入口阀被构造成控制到达空气压缩机的入口的空气的量。

一种用于空气压缩机系统的空气压缩机系统升级套件，所述空气压缩机系统包括：空气入口和空气出口，空气压缩机被构造成压缩来自空气入口的空气并将一定体积的压缩空气输送到空气出口；工作空气出口阀，该工作空气出口阀与空气压缩机的空气出口连通，工作空气出口被构造成当工作出口阀打开时将来自空气压缩机的空气出口的所述一定体积中的至少一些体积的压缩空气作为工作空气输送；所述空气压缩机系统升级套件，该空气压缩机系统升级套件包括控制器，该控制器可构造成与用于控制由空气压缩机压缩的空气的量的输出控制以及压力传感器通讯，其中控制器被构造成接收工作空气需求，并且控制器被构造成基于空气压缩机的测量到的空气压力与所计算的估计空气压力的比较来调节输出控制，以使空气压缩机输送工作空气需求。

输出控制为可构造成控制到达空气压缩机的空气入口的空气的量的可调节的入口阀；并且空气压缩机系统升级套件还可包括可构造成测量空气压缩机的空气压力的压力传感器。

公开了一种空气压缩机系统升级套件。空气压缩机升级套件包括：空气压缩机，该空气压缩机具有空气入口和空气出口，该空气压缩机被构造成压缩来自空气入口的空气并将一定体积的压缩空气输送到空气出口；输出控制，该输出控制被构造成控制由空气压缩机压缩的空气的量；工作空气出口阀，该工作空气出口阀与空气压缩机的空气出口连通，工作空气出口被构造成当工作空气出口阀打开时将来自空气压缩机的空气出口的所述一定体积中的至少一些体积的压缩机空气作为工作空气输送；接收器，该接收器具有空气入口和空气出口，该接收器被构造成储存压缩空气，其中工作空气出口阀通过接收器的空气出口与空气压缩机的空气出口连通；主空气排放通道，该主空气排放通道连接到空气压缩机的空气出口和接收器的空气入口；单向阀，该单向阀被设置在空气压缩机的空气出口和接收器的空气入口之间的主空气排放通道中；所述空气压缩机系统升级套件包括：用于构造第一油管路的指令，第一油管路连接到空气压缩机和接收器，且第一油管路被构造成使油能够在第一油管路中从接收器流动到空气压缩机；用于构造第二油管路的指令，第二油管路连接到空气压缩机和接收器，且第二油管路被构造成允许油在第二油管路中从接收器流动到空气压缩机；以及油止挡阀，该油止挡阀可构造成被设置在接收器和空气压缩机之间的第二油管路中，且油止挡阀可构造成当空气压缩机的空气出口处的空气压力下降到预定的油打开压力之下时关闭第二油管路，使得油不能流动通过第二油管路。

公开了控制空气压缩机系统中的油的方法。该方法包括：打开排气泵隔离阀，该排气泵隔离阀被设置在空气压缩机的空气出口和排气泵的空气入口之间并被构造成具有关闭位置和打开位置，该关闭位置将空气压缩机的空气出口与排气泵的空气入口隔离，在该打开位置中，空气压缩机的空气出口与排气泵的空气入口连通；利用具有空气入口和空气出口的排气泵将空气吸出空气压缩机，排气泵的空气入口与空气压缩机的空气出口连通；使油流动通过连接到空气压缩机和接收器的第一油管路，第一油管路被构造成使得油能够在第一油管路中从接收器流动到空气压缩机；使油流动通过连接到空气压缩机和接收器的第二油管路，第二油管路被构造成允许油在第二油管路中从接收器流动到空气压缩机；以及如果空气压缩机的空气压力下降到预定的油打开压力之下，则关闭被设置在接收器和空气压缩机之间的第二油管路中的油止挡阀，使得油不能流动通过第二油管路。

第一油管路可用于润滑压缩机且第二管路用于冷却压缩机。

公开了钻凿装置。钻凿装置可被构造成根据本文公开的至少一种方法控制空气压缩机系统。

公开了计算机程序产品。计算机程序产品可包括计算机可读介质，该计算机可读介质包括：第一组代码，该第一组代码用于使计算机计算空气压缩机的估计空气压力，以使空气压缩机输送工作空气需求；第二组代码，该第二组代码用于使计算机测量空气压缩机的压力；第三组代码，该第三组代码用于使计算机比较空气压缩机的测量到的压力与所计算的估计空气压力；第四组代码，该第四组代码用于在空气压缩机的测量到的压力大于所计算的估计空气压力一个预定的较大量时使计算机减小输出控制，该输出控制被构造成控制由空气压缩机压缩的空气的量；以及第四组代码，该第四组代码用于在空气压缩机的测量到的压力小于所计算的估计空气压力一个预定的较小量时使计算机增加输出控制。

公开了计算机程序产品。计算机程序产品可包括计算机可读介质，该计算机可读介质包括：第一组代码，该第一组代码用于使计算机响应于工作空气被接通而测量工作空气压力；第二组代码，该第二组代码用于使计算机基于测量到的工作空气压力调节输出控制，该输出控制被构造成控制由空气压缩机压缩的空气的量；第三组代码，该第三组代码用于使计算机响应于工作空气被断开而测量接收器空气压力；以及第四组代码，该第四组代码用于测量接收器空气压力并基于测量到的接收器空气压力调节空气压缩机的输出控制，接收器被构造成储存由空气压缩机压缩的空气。

公开了计算机程序产品。计算机程序产品可包括计算机可读介质，该计算机可读介质包括：第一组代码，该第一组代码用于使计算机响应于接收到工作空气需求而调节输出控制，该输出控制被构造成控制由空气压缩机压缩的空气的量；第二组代码，该第二组代码用于使计算机测量所输送的工作空气压力；第三组代码，该第三组代码用于使计算机比较测量到的所输送的工作空气压力与工作空气需求；第四组代码，该第四组代码用于在工作空气需求大于测量到的所输送的工作空气压力一个第二预定的较大量时使计算机增加输出控制；以及第五组代码，该第五组代码用于在工作空气需求小于测量到的所输送的工作空气压力一个第二预定的较小量时使计算机减小输出控制。

公开了控制空气压缩机系统中的油的方法。该方法包括：使油流动通过第一油管路，第一油管路连接到空气压缩机和接收器，且第一油管路被构造成使油能够在第一油管路中从接收器流动到空气压缩机；使油流动通过第二油管路，第二油管路连接到空气压缩机和接收器，且第二油管路被构造成允许油在第二油管路中从接收器流动到空气压缩机；以及如果空气压缩的空气压力下降到预定的油打开压力之下，则关闭被设置在接收器和空气压缩机之间的第二油管路中的油止挡阀，使得油不能流动通过第二油管路。

公开了一种空气压缩机系统升级套件。空气压缩机系统包括：空气入口和空气出口，空气压缩机被构造成压缩来自空气入口的空气并将一定体积的压缩空气输送到空气出口；工作空气出口阀，该工作空气出口阀与空气压缩机的空气出口连通，工作空气出口被构造成当工作空气出口阀打开时将来自空气压缩机的空气出口的所述一定体积中的至少一些体积的压缩空气作为工作空气输送。空气压缩机系统升级套件包括控制器，该控制器可构造成与用于控制由空气压缩机压缩的空气的量的输出控制和压力传感器通讯，其中控制器被构造成接收工作空气需求，且被构造成基于所输送的工作空气的测量到的空气压力与工作空气需求的比较来调节输出控制。

应理解，前述一般描述和以下详细描述是示例性的和解释性的且旨在提供本发明的要求保护的进一步解释。

附图说明

可结合附图来阅读以下详细说明，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，且在附图中：

图1是空气压缩机系统的示例。

图2是控制空气压缩机系统的方法的图示。

图3是图1示出的具有卸载空气压缩机的系统的示例和油系统的示例的空气压缩机系统。

图4示出图3的空气压缩机系统的操作的示例。

图5A示出可调节的空气入口阀的示例。

图5B示出枢转地附接到钟形曲柄的线性致动器的示例。

图6示出控制空气压缩机系统的方法的示例。

图7A和图7B示出在分别对于用于支撑钻凿装置的常规控制的空气压缩机与本文描述的本发明的实施例的空气接通状态和空气断开状态的实际试验期间的燃料消耗比较。

图8A和图8B示出分别对于用于支撑钻凿装置的常规控制的空气压缩机与本文描述的本发明的实施例的空气接通状态和空气断开状态的实际试验期间的平均发动机负荷比较。

图9是控制空气压缩机系统的方法的图示。

图10示出控制空气压缩机系统的方法的示例。

具体实施方式

因此，本领域需要空气压缩机系统及操作空气压缩机系统的方法。空气压缩机系统包括：空气压缩机，该空气压缩机具有空气入口和空气出口，空气压缩机被构造成压缩来自空气入口的空气并将一定体积的压缩空气输送到空气出口；输出控制，该输出控制被构造成控制由空气压缩机压缩的空气的量；压力传感器，该压力传感器被构造成测量空气压缩机的空气压力；工作空气出口阀，该工作空气出口阀与空气压缩机的空气出口连通，工作空气出口被构造成当工作空气出口阀打开时将来自空气压缩机的空气出口的所述一定体积中的至少一些体积的压缩空气作为工作空气输送；以及控制器，该控制器与可调节的入口阀和压力传感器通讯，其中控制器被构造成接收工作空气需求，并且控制器被构造成基于空气压缩机的测量到的空气压力与所计算的估计空气压力比较来调节输出控制，以使空气压缩机输送工作空气需求。

图1示出空气压缩机系统的示例。空气压缩机系统100通过空气过滤器10吸入空气并且利用空气压缩机20压缩空气且将压缩空气作为工作空气44输送，在该示例中，工作空气44为用于钻凿装置操作的冲洗空气44。

空气压缩机系统100的基本部件可包括空气过滤器10、可调节的入口阀12、螺线管14A（用以控制可调节的入口阀12）、压力传感器16A、发动机18、每分钟转数（RPM）传感器16B、空气压缩机20、压缩机的空气入口19、压缩机的空气出口21、控制器22、主排放通道50、单向阀28、接收器34、接收器的空气入口33、接收器的空气出口35、接收器压力传感器16C、工作空气出口阀36、所属压缩空气供给管路48、放泄阀24C、螺线管14D（用以控制放泄阀24C）、消音器32、工作空气出口阀36、冲洗空气压力传感器16D、深度传感器16E和用于接收来自空气压缩机系统100的使用者的输入的输入设备（未显示）。

空气过滤器10可为过滤空气的过滤器。可调节的入口阀12可为入口蝶形阀。可调节的入口阀12可由弹簧偏压成默认的闭合状态。螺线管14A可被设置成调节可调节的入口阀12，以打开可调节的量来改变能够流到空气压缩机的空气入口19的空气的量。螺线管14A（用以控制可调节的入口阀12）可以是当施加电流时产生磁场的电气设备。还可通过与控制器22通讯的电气、液压或气动致动器来操作可调节的入口阀。螺线管14A可与控制器22电气连通。压力传感器16A可以是用于将压力转变成电信号的转换器。压力传感器16A可与控制器22电气连通。压力传感器16A可位于空气压缩机20中或附近。发动机18可为电发动机或汽油发动机或液压马达。每分钟转数（RPM）传感器16B可以是将发动机18的RPM转变成电信号的转换器。RPM传感器16B可与控制器22电气连通且可指示RPM的范围。（例如，指示发动机18关闭或者发动机18处于低RPM状态的信号。）空气压缩机20可以是螺杆式空气压缩机。空气压缩机20的空气入口19可为空气压缩机的空气入口19。空气压缩机20的空气出口21可为空气压缩机20的空气出口21。控制器22可为可编程逻辑控制器（PLC）。控制器22可与螺线管14A和14D电气连通。控制器22可与传感器16A、16B、16C、16D电气连通。控制器22被构造成控制空气压缩机系统100的操作。

主排放通道50可为由合适材料构造成的空气管道，以用于输送压缩空气和油。单向阀28可为允许空气和油在仅一个方向上从空气压缩机20穿过该单向阀28流到接收器34的阀。接收器34可为由合适材料构造成的空气接收器，以用于储存压缩空气并用于过滤来自空气压缩机24的油。接收器的空气入口33可为接收器34的空气入口。接收器的空气出口35可为接收器的空气出口35。接收器压力传感器16C可为用于将接收器35的压力转变成电信号的转换器。接收器压力传感器16C可与控制器22电气连通。工作空气出口阀36可为由空气压缩机系统100的使用者可操作的空气阀。工作空气出口阀36可使来自接收器的空气出口35的压缩空气与工作空气应用连通，工作空气应用在这里为冲洗空气44。附属压缩空气供给管路48可为与接收器34连通的空气管路，该接收器34可将压缩空气供给到需要压缩空气的附件。放泄阀24C可为具有如下两个位置的电气控制的空气阀：默认的打开位置和当对螺线管14D施加电流时放泄阀14B所切换到的关闭位置。螺线管14D（用以控制放泄阀24C）可为当施加电流时产生磁场的电气设备。螺线管14B可与控制器22电气连通。消音器32可成形为使压缩空气从接收器34的逃逸的声音消声。冲洗空气压力传感器16D可为用于将冲洗空气44的压力转变成电信号的转换器。冲洗空气压力传感器16D可与控制器22电气连通。冲洗空气压力传感器16D可位于地面上方的输送冲洗空气44的管道中。可选择地，冲洗空气压力传感器16D可位于冲洗空气44附近的孔中。深度传感器16E可为用于将钻头42的深度转变成电信号的转换器。深度传感器16E可与控制器22电气连通。深度传感器16E可位于钻头42附近。在实施例中，深度传感器16E为激光深度计数器。在实施例中，操作者确定深度并输入由控制器22使用的深度信息。可选择地，深度传感器16E可位于钻凿装置上。深度传感器16E可自动计数或通过手动输入钻杆38的数目来计数。输入设备（未显示）可为用于使使用者能够输入信息并接收从控制器22返回的信息的用户输入电子设备。输入设备的示例包括触摸屏和具有显示器的数字面板。在实施例中，输入设备可包括用于使使用者输入钻头深度和/或钻杆38的数目的输入端，该输入端可由控制器使用，以确定钻头的深度。

空气压缩机系统100由钻凿装置应用来使用。钻凿装置应用在地面中钻凿钻孔40，以产生用于爆破的孔或者勘探矿物和/或石油。钻凿装置应用可包括钻杆38、钻孔40、钻头42和冲洗空气44。

钻杆38可为中空的厚壁钢管，以方便钻凿钻孔40。钻杆38可为约30英尺长且可连接到其它钻杆38，以形成钻柱。钻头42可由诸如金刚石或碳化物的硬质材料构造，以用于钻入地下且可包括中空部分，以用于运送冲洗空气44。冲洗空气44可为来自压缩机系统100的用于从由钻头42破碎的泥土冲洗钻孔40的压缩空气。钻孔40为由通过转动钻头42和钻杆38进行钻孔操作而形成的孔。构造成转动钻杆38和钻头42并将新的钻杆38添加到钻柱的钻凿装置没有示出。

在操作中，控制器22控制空气压缩机系统100的操作。接下来描述空气压缩机系统100，当可调节的空气入口12至少部分地打开且工作空气出口阀36打开时，空气压缩机系统100输送这里描述为冲洗空气44的工作空气。

空气流动通过空气过滤器10且由空气过滤器10过滤。空气流动通过可调节的空气入口阀12，可调节的空气入口阀12被构造成控制能够流动通过可调节的空气入口阀12的空气的量。控制器22控制如何通过对螺线管14A提供电力来打开可调节的空气入口阀12。通过调节可调节的空气入口阀12，控制器22能够控制由空气压缩机20输送的压缩空气的体积。这可被称为通过控制可调节的空气入口阀12的开度来使空气压缩机系统100节流。如上面论述的，通过控制驱动空气压缩机20的发动机18或通过控制空气压缩机20和发动机18之间的连接（例如，齿轮）来控制由空气压缩机20输送的压缩空气的体积是不切实际的。

流动通过可调节的空气入口阀12的空气流入空气压缩机20的空气入口中并由空气压缩机20压缩，该空气压缩机20将一定体积的压缩空气输送到空气压缩机20的空气出口21。空气压缩机20由发动机18驱动。控制器22可接收马达18运行得多快的指示，但是在实施例中，控制器22不能改变发动机18的速度（这可以是因为空气压缩机系统100可能只是正在由发动机驱动的一种应用。）在实施例中，控制器22可能能够改变发动机18的速度。例如，控制器22可能能够将发动机18从低空转RPM状态切换到高RPM状态，和/或切换通过RPM状态的范围，和/或从打开状态切换到关闭状态。

压缩空气随后流动通过主空气排放通道50并穿过单向阀28。单向阀28允许油和空气在仅从压缩机的空气出口21朝向接收器的空气入口33的方向上流动通过该单向阀28。因为单向阀28允许油和空气仅在一个方向上流动，所以在单向阀28的空气压缩机20一侧上的压力可能不同于在单向阀28的接收器34一侧上的空气压力。

压缩空气然后流入接收器34的空气入口33中而进入接收器34。接收器34可为空气压缩机系统100提供多种功能。首先，接收器34可提供将在下面论述的油再循环。其次，接收器34可提供储存压缩空气的设备，使得空气压缩机20不必在当附属使用而需要通过附属压缩空气供给管路48的仅较少量压缩空气时或当油再循环而需要仅较少量的压缩空气时的所有时间输送压缩空气。

压缩空气然后流出接收器的空气出口35并通过工作空气出口阀36。工作空气出口阀36可由空气压缩机系统100的使用者操作，以在打开状态或关闭状态操作。在替代实施例中，工作空气出口阀36可由控制器22控制。在流动通过工作空气出口阀36之后，压缩空气然后向下流动通过钻杆38并通过且流出钻头42，以冲洗空气44的形式。冲洗空气44向上流动至钻孔40并辅助移除由钻头42破碎的泥土的各部分。

因此，空气压缩机系统100被构造成输送作为冲洗空气44的工作空气。

可调节的入口阀12可称为空气压缩机系统100的输出控制，因为可调节的入口阀12控制由空气压缩机系统100产生的空气的体积。在实施例中，空气压缩机系统的输出控制可通过增加或减小发动机的RPM来调节。在实施例中，可通过增加或减小发动机18和空气压缩机20之间的离合器控制来调节空气压缩机的输出控制。例如，可在发动机18和空气压缩机20之间定位磁性离合器且通过改变磁场的强度或通过改变与空气压缩机20相关联的离合器部分和与发动机18相关联的离合器部分之间的间隙来调节离合器。

图2示出控制空气压缩机系统的方法的示例。在下文中使用示例公式用于计算。其它公式是可能的且方法不限于在以下示例中使用的具体公式。方法以接收工作空气需求210开始。可从图1的输入设备（未显示）接收工作空气需求。作为示例，具有钻凿装置的应用的空气压缩机系统100的使用者可以输入钻管直径、钻头直径和用于冲洗空气的期望的向上钻孔速度（UHV）。工作空气需求随后可被计算为：

公式（1）：工作空气需求=D×(B/1000²-A/1000²)/183.4。其中A=钻管直径，B=钻头直径，且D=期望的UHV。

在实施例中，工作空气需求可为输送到工作空气出口阀36的期望的工作空气压力。在实施例中，控制器22可接收期望的工作空气压力和附接到工作空气出口阀36的附件的直径的指示。在实施例中，控制器22可接收期望的工作空气体积。

可选择地，方法可以以计算空气压缩机的可调节的空气入口的设置从而输送工作空气需求220继续。空气压缩机的可调节的空气入口（参见图1的元件12）的设置如下。基于用户输入计算空气压缩机系统所能够输送的最大UHV为：

公式（2）：最大UHV=C×183.4/(B/1000²-A/1000²)。其中A=钻管直径，B=钻头直径，且C=如果可调节的空气入口完全打开则空气压缩机系统所能够输送的最大量。

从上面来看，空气压缩机系统的最大百分比的量可计算如下：

公式（3）：最大百分比=工作空气需求/最大UHV。

基于最大百分比，控制器22可计算用于可调节的入口阀的设置，使得最大百分比的空气流入可调节的入口阀中。例如，控制器22可基于线性致动器的伸长来计算蝶形阀的张角。例如参见图5B，其中：

公式（4）：角度=ACOS(X^∧2+Y^∧2-(Y+Z)^∧2)/2XY。其中X=钟形曲柄长度Y=致动器缩回长度Z=致动器的伸长。基于公式（4），控制器22可针对蝶形阀的期望角度设定致动器的伸长，使得最大百分比的空气流入空气压缩机中。

因此，可根据对于图5的可调节的入口阀的实施例所示出的以上示例来计算可调节的入口阀的设置。在实施例中，控制器可计算用于空气压缩机的不同的输出控制的设置。例如，用于发动机的RPM的数值或用于离合器的设置。

方法可选择地以将可调节的空气入口调节到所计算的设置230继续。用于图5的可调节的空气入口阀的实施例的控制器可将线性致动器的伸长设置到一定值，使得蝶形阀允许最大百分比的空气流入空气压缩机中。因而，空气压缩机系统可基于接收到工作空气需求而进行可调节的入口阀的初始设置。在实施例中，控制器可调节空气压缩机的不同的输出控制。例如，控制器可设置发动机的RPM和/或控制器可设置离合器控制。

在实施例中，控制器可将可调节的空气入口调节到小于所计算的设置的值。例如，线性致动器的伸长可被设定为所计算的设置的百分之五十（50）的值。这可具有如下优点：当首先开始钻孔时，空气体积较小，使得来自钻头的空气的冲刷不会将孔的顶部驱散。减小的计算设置可持续仅短时间段或短钻孔距离。例如，仅第一个（1）钻孔或仅两（2）米钻孔。可通过深度传感器和/或通过用户输入来检测钻孔的距离。在实施例中，控制器可设置空气压缩机的不同的输出控制。

方法以计算空气压缩机的估计的空气压力以使空气压缩机输送工作空气需求240继续。以下示例示出当在空气压缩机（图1中的20）的空气入口（图1中的19）处测量空气压缩机的空气压力时可如何计算空气压缩机的估计的空气压力。最大百分比可按上面的公式（3）计算。由最大百分比，压缩机的估计的空气压力可计算如下：

公式（5）：以Hg为单位的估计的空气压力=（-0.29x (最大百分比×100))+30。

由以Hg为单位的估计的空气压力，来自压力传感器（图1中的16A）的以毫安(mA)为单位的估计压力可计算如下：

公式（6）：以mA为单位的估计压力=（0.533×以Hg为单位的估计的空气压力）+4。

该示例中的空气压缩机的所计算的估计空气压力为以Hg为单位的估计压力。在实施例中，所计算的估计空气压力可被预先确定并储存起来，使得控制器基于接收到的工作空气需求来查找估计空气压力值。在实施例中，所计算的估计空气压力可被调节，以补偿系统中的空气泄漏和压缩空气的其它使用。

因此，如上述示例示出的，可计算以Hg为单位的估计的空气压力并且可测量压力并将压力传递到控制器。

方法可选地以过去预定量的时间250继续。如果已经过去预定量的时间，则该方法跳过基于所计算的估计空气压力而调节可调节的入口阀的步骤。预定量的时间可为诸如10秒至几分钟的时间段。在实施例中，预定量的时间可足够长，以致绝不会跳过基于所计算的估计空气压力而调节可调节的入口阀的步骤。如果还没有过去预定量的时间，则该方法继续比较空气压缩机的测量到的压力与所计算的估计空气压力260。当由控制器接收时，空气压缩机的测量到的压力可按毫安计，且如上面说明的，所计算的估计空气压力可转变为毫安读数。

如果空气压缩机的测量到的压力小于所计算的估计空气压力，则方法继续步骤270。如果空气压缩机的测量到的压力大于所计算的估计空气压力，则方法继续步骤280。在实施例中，空气压缩机的测量到的压力必须小于所计算的估计空气压力一个预定的较小的量，以使方法继续步骤270。在实施例中，空气压缩机的测量到的压力必须大于所计算的估计空气压力一个预定的较大量，以使方法继续步骤280。通过包括预定的较大量和预定的较小量，空气压缩机系统可以不太可能急剧波动。例如，预定的较大量可超过所计算的估计空气压力20%，并且预定的较小量可低于所计算的估计空气压力20%，使得能够以所计算的估计空气压力加或减20%的范围来控制空气压缩机系统。基于空气压缩机的测量到的压力而调节该可调节的入口阀具有以下优点，即测量到的压力可以是比设置可调节的入口阀的打开量更精确地指示由空气压缩机输送的空气的实际体积的指示。这可能由于多种原因。这些原因包括：温度差可能使得难以将可调节的入口阀设定到特定的打开值以及可调节的入口阀可能难以校准。

在步骤270中，增加可调节的入口阀的开度，使得空气压缩机系统输送更多的压缩空气。方法随后返回到步骤250。在步骤280中，减小可调节的入口阀的开度，使得空气压缩机系统输送较少的压缩空气。

如果空气压缩机的测量到的压力既不小于也不大于所计算的估计空气压力（且可能有预定的较小量和预定的较大量），则步骤260继续到步骤290。步骤290确定所输送的工作空气压力。在实施例中，可通过计算所输送的工作空气压力的运行平均值来确定已确定的所输送的工作空气压力。所输送的工作空气压力的示例在图1中作为冲洗空气压力传感器16D被示出。可在不同位置测量所输送的工作空气压力。可通过对所输送的工作空气压力的测量到的压力有规律地重复地取样并随后在预定的时间段之后除以样品的数目来计算在预定的时间段比如十（10）秒内的运行平均值。许多其它的预定的时间段是可能的，比如两（2）秒和十（10）分钟。另外，能够以许多不同方式计算运行平均值。例如，可取所输送的工作空气压力中的三（3）个读数并且可使用三（3）个读数的中间读数与工作空气需求比较。作为另一示例，可通过监测所输送的工作空气压力来确定所输送的工作空气压力并且如果工作空气压力下降到低于工作空气需求某一预定量（例如，百分之五（5））以下，则可使用所输送的工作空气压力的低于百分之五（5）的值来确定是否调节空气压缩机。在实施例中，所输送的工作空气压力的高于某一预定高值或低于某一预定低值的读数可被忽略。在实施例中，所输送的工作空气压力的读数通过控制器在一段时间内被评估并用于确定是否调节输送的工作空气压力。

在步骤290之后，方法继续比较所确定的输送的工作空气压力与工作空气需求295。所确定的输送的工作空气压力可如上面解释地被确定。在实施例中，可通过比较所计算的运行平均值与工作空气需求来比较所确定的输送的工作空气压力与工作空气需求295。可将所计算的运行平均值与工作空气需求（来自于上面的公式（1）和步骤210）比较。如果所计算的运行平均值大于工作空气需求，则该方法可继续到步骤280。如果所计算的运行平均值小于工作空气需求，则该方法可继续到步骤270。在实施例中，如果所计算的运行平均值大于工作空气需求一个第二预定的较大量，则该方法可继续到步骤280。第二预定的较大量可为一个固定量或为工作空气需求的一个百分数。在实施例中，如果所计算的运行平均值小于工作空气需求一个第二预定的较小量，则该方法可继续到步骤270。第二预定的较小量可为一个固定量或为工作空气需求的一个百分数。上面和下面论述的所有预定量可在该方法期间被调节，以改善空气压缩机系统的性能。在实施例中，控制器可使用所输送的工作空气压力来确定是否调节空气压缩机。

在实施例中，工作空气需求可根据钻头深度改变。例如，工作空气需求可每10米增加约5%。可能需要增加的工作空气需求来增加冲洗空气，以补偿钻孔的较大深度。可从深度传感器（图1中的16E）或从来自输入设备的用户输入确定钻头的深度。另外，如果工作空气需求根据钻头深度改变，则控制器可重新计算已计算过的估计空气压力。

如果方法不继续到步骤270或步骤280，则该方法继续到选择性的步骤297。步骤297比较接收器压力与最大（max）和最小（min）值。如果接收器压力（例如图1中的元件16C）大于max(max对于低压操作来说可为每平方英寸100磅（psi），并且对于高动力操作来说可为550psi)，则方法继续到步骤280。如果接收器压力（例如图1中的元件16C）小于max（min对于低压操作来说可为30psi且对于高动力操作来说可为80psi），则该方法继续到步骤270。否则，该方法继续返回到步骤250。

如果选择性的步骤297不出现，则如果方法不继续到步骤270或步骤280，那么方法从步骤295继续到步骤250。方法可由于多种原因而终止。在这些原因中，控制器可接收不再需要工作空气的指示和/或控制器可接收空气压缩机系统被切断的指示时，该方法可能终止。因此，已经说明了控制空气压缩机系统的方法。

在实施例中，步骤290和步骤295是可选的。在实施例中，步骤260、步骤295和步骤297可按不同的顺序。在实施例中，该方法可以在步骤280和步骤270中不调节可调节的入口阀，直到根据步骤260和步骤295以及选择性地根据步骤297确定是否需要调节可调节的入口阀为止。方法可以优先顺序排列步骤260、步骤295和步骤297中的一个或更多个，以确定是否调节可调节的入口阀。可选择地，或者另外，方法可基于在260、295以及选择性地297中的基于在每个比较中有多少调节量被指示的权重的比较结果来调节可调节的入口阀。

在实施例中，步骤280可包括比较所输送的工作空气压力与最小的工作空气压力并且如果所输送的工作空气压力不大于最小的工作空气压力一个预定的量，则不减小可调节的入口阀的开度。最小的工作空气压力可为用于维持最小量的冲洗空气以使得钻头不会被未从钻孔中冲洗出的碎屑破坏或卡住的设置。在实施例中，步骤280可包括比较空气压缩机的测量到的压力与用于最少工作空气的最小压力，且如果空气压缩机的测量到的压力不大于用于最小工作空气压力的最小压力一个预定的量，则不减小可调节的入口阀的开度。用于最小工作空气压力的最小压力可以是使空气压缩机输送最小工作空气压力的确定压力。

在实施例中，步骤270和步骤280可包括调节空气压缩机的不同的输出控制。例如，离合器控制可被增加或减小，和/或发动机的RPM可被增加或减小。

图3是图1示出的具有使空气压缩机卸载的系统的示例和油系统的示例的空气压缩机系统。

空气压缩机系统100包括使空气压缩机20卸载的系统。当空气压缩机系统100不需要空气压缩机20来输送压缩空气且空气压缩机系统100已经关闭空气入口阀12时用以使空气压缩机20卸载的系统从空气压缩机的空气出口21吸取空气。

使空气压缩机20加载和使空气压缩机20卸载的系统包括排气泵26、排气泵26的空气入口25、排气泵26的空气出口27、螺线管14C（用以控制排气泵）、辅助排放通道52、另一单向阀30、排气泵隔离阀24A和螺线管（用以控制排气泵隔离阀）14B。

排气泵26可为由液压马达（未示出）驱动的螺杆式压缩机。排气泵26可明显地小于空气压缩机20。排气泵26的空气入口25可为排气泵26的空气入口25。排气泵26的空气出口27可为排气泵26的空气出口27。螺线管14C（用以控制排气泵）可为当施加电流时产生磁场的电气设备。螺线管14C可与控制器22电气连通。排气泵隔离阀24A可为具有如下两个位置的电气控制的空气阀：作为默认位置的弹簧偏压的关闭位置以及当对螺线管14B施加电流时排气泵隔离阀24A所切换到的打开位置。螺线管14B（用以控制排气泵隔离阀24A）可为当施加电流时产生磁场的电气设备。螺线管14B可与控制器22电气连通。辅助排放通道52可为由合适材料构造成的用于输送压缩空气和油的管道。另一单向阀30可为如下的阀，即：允许空气和油在仅一个方向上从排气泵26流动通过该另一单向阀30流动到主排放通道50。

空气压缩机系统100包括向空气压缩机20提供油的油系统。油系统提供用于润滑空气压缩机20的油。油系统包括第一油管路54、第二油管路56、油止挡阀24B和空气压力致动器46。第一油管路54可为适合于将油从接收器34输送回到空气压缩机20的管路。第二油管路56可为适合于将油从接收器34输送回到空气压缩机20的管路。油止挡阀24B可为具有如下两个位置的控制阀：作为默认的关闭位置和当对压力致动器46施加压力时油止挡阀24B所切换到的打开位置。油止挡阀24B可具有弹簧，该弹簧将油止挡阀24B保持在闭合位置，除非空气压力致动器46推动油止挡阀24B。空气压力致动器46可为与压缩机20的空气出口21和油止挡阀24B的空气压力连通的致动器。当空气压缩机20的空气出口21处的空气压力升高超过预定的断油空气压力时，空气压力致动器46打开油止挡阀24B，并且当空气压缩机20的出口21处的空气压力降低到低于预定的断油空气压力时，空气压力致动器46不再打开油止挡阀24B，因此油止挡阀24B关闭（在实施例中，弹簧偏压阀，使该阀关闭）。螺线管（用以控制放泄阀24C）可为当施加电流时产生磁场的电气设备。

在操作中，使空气压缩机20加载和使空气压缩机20卸载的系统工作如下。控制器22确定空气压缩机系统100不需要空气压缩机20产生额外的压缩空气。控制器22然后关闭可调节的入口阀12，并打开排气泵隔离阀24A，并且打开排气泵25。在实施例中，排气泵25可能已经打开。因为可调节的入口阀12关闭，所以空气压缩机20不再具有用于压缩的空气源。留在空气压缩机20中的很多空气被排气泵25吸出，排气泵25经由此刻打开的排气泵隔离阀24A而将空气吸出空气压缩机20并且通过另一单向阀30运送空气。接收器34中的压缩空气被阻止通过单向阀28和另一单向阀30返回到空气压缩机20。

当控制器22确定需要由压缩机20产生额外的压缩空气时，控制器22至少部分地打开可调节的入口阀12，关闭排气泵隔离阀24A并且可关闭排气泵26。空气压缩机20然后再次开始输送通过单向阀28运送的压缩空气。因此，控制器22能够使空气压缩机20加载和卸载。

使空气压缩机20卸载的优点是发动机18执行驱动空气压缩机20的工作被减少，因为空气压缩机20不压缩空气。发动机18继续驱动空气压缩机20且可继续以相同的每分钟转数（对于螺杆式空气压缩机）驱动空气压缩机20，但是因为空气压缩机20不压缩空气，所以发动机18上的负荷减小。上面给出了为什么当空气压缩机系统100不需要空气压缩机20产生压缩空气时发动机18不会被简单地减慢的解释。当发动机18上的负荷减小时，发动机18需要较少的燃料或电力来驱动发动机18且发动机18产生较少的热。

在操作中，油系统可用于润滑空气压缩机20。当空气压缩机20加载时，下面是油可顺着流动的路径，以润滑空气压缩机20。油可用于润滑空气压缩机20。油随后可从空气压缩机20通过主空气排放通道50流动通过单向阀28，并流入接收器34。在实施例中，接收器34维持用于将油运送回到空气压缩机20的最小压力。油随后可从接收器流动通过第一油管路54和通过油止挡阀24B并且流动通过第二油管路56回到空气压缩机20。因为空气压缩机20被加载，所以压力大得足以使空气压力致动器46打开油止挡阀24B，因此油可从接收器34通过油止挡阀24B和第二油管路56被运送。油可在返回到空气压缩机20之前被冷却和/或过滤。冷却和过滤没有示出。保持油止挡阀24B打开所需的压力可为预定的油打开压力。

当空气压缩机20卸载（上面所描述的）时，油可顺着以下的路径。油可用于润滑空气压缩机20。油随后可从空气压缩机20流动通过主空气排放通道50，并且然后通过打开的排气泵隔离阀24A，并且然后通过排气泵25，并且随后通过另一单向阀30，并且之后流动到接收器34。因为空气压缩机20卸载，压力没有大得足以使空气压力致动器46打开油止挡阀24B，因此油不能够从接收器34被运送通过油止挡阀24B和第二油管路56。油可通过第二油管路56流回到空气压缩机20。油可在返回到空气压缩机20之前被冷却和/或过滤。冷却和过滤没有示出。

当空气压缩机20卸载时关闭第二油管路56的优点是空气压缩机20不必需要在空气压缩机20卸载时与加载时相比一样多地润滑。润滑空气压缩机20的油然后可分成在空气压缩机20在加载和卸载时润滑空气压缩机20所需的油（这里作为第一油管路54）和在空气压缩机20在加载时冷却空气压缩机20所需的油（这里作为第二油管路56）。这方面的优点是将油从接收器34运送回到空气压缩机20节省能量。在实施例中，接收器34提供压缩空气以运送油。当运送的油量减少时，则从接收器34排出的压缩空气的量减少。另外，排气泵26不必需要将同样多的油从空气压缩机20运送通过另一单向阀30。而且，控制器22可能能够使空气压缩机20卸载持续较长的时间段，因为从接收器34排出较少的空气。另一优点是发动机18上的负荷可被减少，因为空气压缩机20中更多的油将增加转动空气压缩机20的负荷。在实施例中，第一油管路54供应用于轴承润滑管路的油，且第二油管路56供应用于冷却空气压缩机20的油。

在实施例中，控制器可调节空气压缩机的不同的输出控制。例如，控制器可设定发动机的RPM和/或控制器可设定离合器控制，以便控制由空气压缩机压缩的空气的量。在实施例中，空气压缩机20不将空气吸出空气压缩机20，因为当通过降低发动机的RPM或通过调节离合器而控制空气压缩机20时，空气压缩机20不转动或当不产生压缩空气时以低速率转动。在实施例中，可通过控制器电气地控制油止挡阀24B。在实施例中，不包括用以使空气压缩机20加载和卸载的系统。

图4示出图3的空气压缩机系统100的操作的示例，其中如下文所描述地构造控制器22。沿竖直轴的是通过接收器压力传感器16C而测量到的接收器34的空气压力。水平轴具有空气压缩机系统100所可能处于的不同状态。将利用图3和图4理解以下解释。通过以下解释，控制器22可被认为执行一定动作（例如打开或关闭阀，或开启或关闭马达），但是应理解，该动作可能是不需要的，因为空气压缩机系统100可能已经处于需要的状态。

空气压缩机系统100以系统通电状态410开始。控制器22调节空气压缩机20的输出控制。例如，控制器22可关闭可调节的入口阀12（其可为可调节的入口阀12的默认状态），使得防止空气压缩机20压缩多于少量的空气。在实施例中，控制器22可调节发动机18的RPM和/或调节发动机18和空气压缩机20之间的离合器的设置，使得防止空气压缩机20压缩多于少量的空气。而且控制器22打开放泄阀24C。关闭可调节的入口阀12并且打开放泄阀24C的优点是其可减少当发动机18开启时发动机18上的负荷，这可能减少发动机18上的磨损。控制器22可在系统通电状态410中维持空气压缩机系统100，直到马达18充分地预热为止。空气压缩机系统100可通过接收键已经被开启的信号而进入系统通电状态410。如图4所示，系统启动状态410在450处开始，在450处，控制器22可能已经接收到键已经被开启的信号和/或控制器22可能已经接收到电力并且默认进入系统启动状态410。

空气压缩机系统100然后可进入空转空气断开状态410。如图4所示，空气压缩机系统100在接收到来自每分钟转数（RPM）传感器16B的发动机18的RPM已经达到阈值数的信号时在452处进入空转空气断开状态410。在实施例中，控制器22可在进入空转空气断开状态410之前等待一段时间，以允许发动机18预热。在空转空气断开状态410下，工作空气出口阀36关闭。发动机18可在RPM的低空转数和RPM的高空转数之间。例如，RPM的低空转数可为1200，且RPM的高空转数可为1800。在实施例中，空气压缩机系统100具有针对低空转空气断开和高空转空气断开的不同状态。

当在空转空气断开状态410下时，控制器22按下文控制空气压缩机系统100。控制器22从接收器压力传感器16C获得接收器34的压力。当接收器压力小于预定的空转接收器压力（如图4示出的，40psi）时，控制器22将可调节的入口阀12调节到打开。当接收器压力大于预定的空转接收器压力（如图4示出的，40psi）时，控制器22调节空气压缩机的输出控制。例如，控制器可将可调节的入口阀12调节到关闭。在实施例中，控制器22可基于接收器压力将可调节的入口阀12调节为打开地更多或关闭地更多。在实施例中，控制器22可调节离合器或发动机18，以调节空气压缩机的输出控制。如果接收器压力大于预定的空转接收器压力太高（如图4示出的，50psi），则控制器22打开放泄阀24。如果接收器压力小于预定的空转接收器压力太低（如图4示出的，45psi），则控制器22关闭放泄阀24。当可调节的入口阀12关闭时，控制器22可通过打开排气泵隔离阀24A并开启排气泵26来使空气压缩机20不工作（off line）。当空气压缩机的输出控制打开时（例如，当可调节的入口阀12打开时），控制器22关闭排气泵隔离阀24A并且关闭排气泵26。

如上面论述的，在图4的452处，空气压缩机系统100进入空转空气断开状态420。因为接收器压力（图中变化的线）低于40psi，所以控制器22打开可调节的入口阀12并且关闭放泄阀24C。接收器压力在454处建立。在456处，因为接收器压力达到40psi，所以控制器22关闭空气压缩机的输出控制（例如，控制器22关闭可调节的空气入口阀12）。接收器压力继续建立458。在460处，接收器压力达到50psi，因此控制器22打开放泄阀24C（这将接收器24打开）。在462处，接收器压力由于放泄阀24C被打开而下降。在464处，接收器压力下降到低于45psi，因此控制器22关闭放泄阀24C。在466处，接收器压力由于该接收器压力被用于诸如将油从接收器运送到空气压缩机20的目的而继续下降。在468处，控制器22打开空气压缩机20的输出控制（例如，控制器22打开可调节的空气入口阀12），因为接收器压力已经下降到低于40psi。控制器22可在从456至468期间使空气压缩机22卸载。在该情形中，控制器22将通过关闭排气泵隔离阀24A并关闭排气泵26而在468处将空气压缩机22放回到加载状态中。在470处，接收器压力由于可调节的空气入口阀12被打开而再次开始建立。空气压缩机系统100可继续由空转空气断开状态控制，直到工作空气出口阀36被开启为止。

当工作空气出口阀36被开启时（图4，472），空气压缩机系统100可进入空转空气接通状态430。当在空转空气接通状态430时，控制器22按如下控制空气压缩机系统100。控制器22从接收器压力传感器16C获得接收器34的压力。当接收器压力小于预定的空转空气接通接收器压力太低（如图4示出的，80psi）时，控制器22将可调节的入口阀12调节为打开。当接收器压力大于预定的空转空气接通接收器压力太高（如图4中示出的，100psi）时，控制器22将空气压缩机的输出控制调节到关闭（例如，控制器22将可调节的入口阀12调节到关闭）。在实施例中，控制器22可基于接收器压力而将空气压缩机的输出控制（例如，可调节的入口阀12）调节为打开地更多或关闭地更多。当接收器压力在预定的空转空气接通接收器压力太低（如图4中示出，80psi）和预定的空转空气接通接收器压力太高（如图4示出的，100psi）之间时，控制器22可使用参考图2、图6、图9或图10描述的方法之一的实施例来调节空气压缩机的输出控制（例如，可调节的入口阀）。通过使用参考图2、图6、图9或图10描述的方法的实施例，空气压缩机系统100可产生不作为工作空气（图1中的冲洗空气44）使用的较少的压缩空气。

如上面描述的，当工作空气出口阀36开启时，空气压缩机系统100进入空转空气接通状态430。在实施例中，控制器22可如图2描述地接收工作空气需求。在472处，控制器打开可调节的空气入口阀12。（放泄阀24C保持关闭且排气泵隔离阀24A关闭或保持关闭。）在474处，接收器压力升高超过100psi，因此控制器22关闭空气压缩机的输出控制（例如，可调节的空气入口阀12）。在实施例中，控制器22可仅减小空气压缩机的输出控制（例如，可调节的空气入口阀12）的打开。在实施例中，控制器22可在472处根据图2的步骤230或者根据图2的步骤260和/或步骤295和/或图9的步骤930，或者根据图9的步骤960和/或步骤995来调节空气压缩机的输出控制（例如，可调节的空气入口阀12）。

在478处，接收器压力由于空气压缩机的输出控制被关闭（例如可调节的空气入口阀12被关闭）而开始下降。在480处，接收器压力下降到低于100psi且控制器22开始基于参考图2描述的方法的实施例来调节可调节的空气入口阀12。例如，在482和484之间，可通过图2的步骤260和/或步骤295和/或图9的步骤960或步骤995来调节空气压缩机的输出控制（例如，可调节的空气入口阀12）。例如，可基于比较空气压缩机的测量到的压力（图3的16A）与所计算的估计空气压力（通过利用工作空气需求来计算该计算的估计空气压力）来调节可调节的空气入口阀12。可选择地和/或另外，可基于比较所计算的运行平均值（由图3的16D的数据计算）与工作空气需求来调节可调节的空气入口阀12。

在484处，工作空气出口阀36被关闭。空气压缩机系统100不被切断，因此系统返回到空转空气断开状态420。控制器22可被构造为按下文在空转空气接通状态430到空转空气断开状态420之间转变。控制器22打开放泄阀24C，直到接收器压力下降到低于45psi（预定的空转接收器压力太低）为止。控制器22还关闭空气压缩机的输出控制（例如，可调节的空气入口阀12）。空气压缩机系统100然后在接收器24中的压力下降到低于预定压力之后进入空转空气断开状态420。在486和488之间，根据上述的空转空气断开状态420控制空气压缩机系统100。

在488处，接收到系统切断信号。空气压缩机系统100进入切断状态440。控制器22关闭可调节的空气入口阀12。控制器22打开放泄阀24C。在实施例中，控制器22关闭排气泵隔离阀24A。

空气压缩机系统100然后关闭。

图5示出参考图2描述的可调节的空气入口阀12的示例。可调节的空气入口阀为空气压缩机的输出控制的实施例。图5包括空气过滤器10、入口蝶形阀12、由控制器22控制的线性致动器14A和空气压缩机22。空气流动通过过滤器、流动通过入口蝶形阀12（当该入口蝶形阀12打开时）并流入空气压缩机22。入口蝶形阀12在默认的关闭位置。弹簧（未显示）可保持入口蝶形阀12关闭。线性致动器14A可连接到入口蝶形阀12和控制器22。线性致动器14A可通过使线性延伸器15伸长而响应来自控制器22的电流。线性延伸器15推动入口蝶形阀12，这将入口蝶形阀12移动到打开位置。入口蝶形阀12可以是可调节的，使得入口蝶形阀12的开口的尺寸与线性延伸器15推动入口蝶形阀12的量成比例。控制器22可随后基于线性致动器14A的电流而将入口蝶形阀12打开一定量。

图5B示出枢转地附接到钟形曲柄的线性致动器的示例。线性致动器14A使钟形曲柄在第一位置（图的顶部）和第二位置（图的底部）之间移动，在第一位置，蝶形阀12关闭且线性致动器延伸器94伸长，在第二位置，蝶形阀12打开且线性致动器延伸器94不伸长。箭头99表示随着线性致动器延伸器94缩回到线性致动器主体96中而使线性致动器14A在第一位置至第二位置之间的运动。线性致动器14A包括线性致动器主体96和致动器延伸器94。线性致动器主体具有长度Y。致动器延伸器94在完全延伸时具有长度Z。如所示出的，线性致动器延伸器94利用铆钉98枢转地连接到具有长度X的钟形曲柄92。蝶形阀打开的角度可根据以下公式在给定图5B所示的几何形状下而计算出。角度=ACOS(X^∧2+Y^∧2-(Y+Z)^∧2)/2XY。

图6示出控制空气压缩机系统的方法的示例。该方法以接收工作空气需求610开始。可从图1的输入设备（未显示）接收工作空气需求。作为示例，具有钻凿装置应用的空气压缩机系统100的使用者可输入钻管直径、钻头直径和用于冲洗空气的期望的向上钻孔速度（UHV）。工作空气需求随后可如上面描述地被计算。

在实施例中，工作空气需求可为输送到工作空气出口阀36的期望的工作空气压力。在实施例中，控制器22可接收期望的工作空气压力和附接到工作空气出口阀36的附件的直径的指示。在实施例中，工作空气需求可根据钻头深度改变。例如，工作空气需求可每十（10）米增加约五（5）%。可能需要增加的工作空气需求来增加冲洗空气以补偿钻孔的较大深度。

方法以调节可调节的空气入口620继续。可调节的空气入口620可被调节到预定的开度以开始供应工作空气。

选择性地，方法可包括在步骤620之前计算使空气压缩机的可调节的空气入口输送工作空气需求的设置。可如上面所述地计算空气压缩机的可调节的空气入口（参见图1的元件12）的设置。如上面描述的，在实施例中，控制器可将可调节的空气入口调节到在短时间段或短钻孔距离中比所计算的设置要小的值。

在实施例中，控制器可计算用于空气压缩机的不同的输出控制的设置。例如，用于发动机的RPM的数值或用于离合器的设置。

方法以测量所输送的工作空气压力630继续。所输送的工作空气压力的示例在图1中作为冲洗空气压力传感器16D被示出。可在包括工作空气被输送的位置处或附近的不同位置中测量所输送的工作空气压力。可如上面描述地对所输送的工作空气压力计算运行平均值。

方法以比较测量到的所输送的工作空气压力与工作空气需求640继续。如果测量到的所输送的工作空气压力大于工作空气需求，则该方法可继续到步骤660。如果测量到的所输送的工作空气压力小于工作空气需求，则该方法可继续到步骤650。在实施例中，比较可用以确定测量到的所输送的工作空气压力和工作空气需求是否在预定的量内，以确定是否调节可调节的空气入口阀。

在实施例中，步骤640可包括比较测量到的所输送的工作空气压力与最小的工作空气压力，并且如果测量到的所输送的工作空气压力不大于最小的工作空气压力一个预定的量，则不减小可调节的入口阀的开度。最小工作空气压力可为维持最小量的冲洗空气以使得钻头不被未从钻孔中冲洗出的碎屑破坏或卡住的设置。

如果方法不继续到步骤650或步骤660，则该方法可返回到630。

选择性地，该方法可包括以下步骤：计算空气压缩机的估计空气压力以使空气压缩机输送工作空气需求，测量空气压缩机的压力，以及比较空气压缩机的测量到的压力与所计算的估计空气压力。调节可调节的空气入口阀的这些步骤和相应的步骤可按上述实施。

选择性地，该方法可包括比较接收器压力与最大（max）和最小（min）值。调节可调节的空气入口阀的该步骤和相应的步骤可按上述实施。

方法可由于多种原因而终止。在这些原因中，控制器可接收到不再需要工作空气的指示和/或控制器可接收到空气压缩机系统被切断的指示时，该方法可能终止。在实施例中，控制器可调节空气压缩机的不同的输出控制。例如，控制器可设定发动机的RPM和/或控制器可设定离合器控制。因此，已经说明了控制空气压缩机系统的方法。

图7A和图7B示出在分别对于用于支撑钻凿装置的常规控制的空气压缩机与本文描述的本发明的实施例的空气接通状态和空气断开状态的实际测试期间的燃料消耗。

所进行的实际试验的以下描述可适用于图7和图8。利用实际的钻凿装置来进行试验。在试验期间，在空气断开（参见图4元素420）情况下使用空气压缩机系统100（参见图3）达二百六十二（262）小时并且在空气接通（参见图4元素420和430）情况下使用空气压缩机系统100（参见图3）达三百一十（310）小时。这是百分之五十四（54）（%）的钻孔与不钻孔的比率。基于钻头（参见图1和图3，元件42）和钻管38（参见图1和图3以进行以下论述）尺寸，冲洗空气44的最佳向上钻孔速度（UHV）被计算为8000英尺/分钟，其中需要具有1000CRM的压缩机容积。带有七点六二五英寸（7.625"）钻管38的九英寸（9"）钻头42具有在钻管38和钻孔40之间的约八分之五英寸（5/8"）的间隙，以使来自钻孔的碎屑离开钻孔40。为了补偿小的面积，UHV被增加到一万（10,000）英尺/分钟。

图7A示出对于空气断开710的二十（20）个钻孔714中的每个钻孔的所消耗的燃料712的平均量的比较。线716是对于常规控制的空气压缩机系统。线718是对于根据本文公开的实施例的空气压缩机系统100（图4，元素420）。例如，对于钻孔“4”，常规控制的空气压缩机系统每小时消耗约一百零二（102）升燃料720，而根据本文公开的实施例的空气压缩机系统100每小时消耗四十二（42）升燃料722。在对于图7A示出的二十个孔的平均中，根据本文公开的实施例的空气压缩机系统100比常规控制的空气压缩机系统消耗的燃料少约百分之五十八点五（58.5%）。

图7B示出对于空气接通730的二十（20）个钻孔734中的每个钻孔的所消耗的燃料732的平均量的比较。线736是对于常规控制的空气压缩机系统。线738是对于根据本文公开的实施例的空气压缩机系统100（图4，元素430）。例如，对于钻孔“4”，常规控制的空气压缩机系统每小时消耗约一百五十（150）升燃料740，而根据本文公开的实施例的空气压缩机系统100每小时消耗一百零一（101）升燃料742。在对于图7B示出的二十个孔的平均中，根据本文公开的实施例的空气压缩机系统100比常规控制的空气压缩机系统消耗的燃料少约百分之三十三点三（33.3%）。

图8A和图8B示出在分别对于用于支撑钻凿装置的常规控制的空气压缩机与本文描述的本发明的实施例的空气接通状态和空气断开状态的实际测试期间的平均发动机负荷。

图8A示出对于空气断开810（参见图4的元素420）的二十（20）个钻孔814中的每个钻孔的平均发动机负荷812的比较。发动机为图1和图3中的元件18。线816是对于常规控制的空气压缩机系统。线818是对于根据本文公开的实施例的空气压缩机系统100（图4，元素420）。例如，对于钻孔“4”，常规控制的空气压缩机系统具有约百分之五十（50%）的平均发动机负荷820，而根据本文公开的实施例的空气压缩机系统100具有约百分之十四（14%）的平均发动机负荷822。在对于图8A示出的二十个孔的平均中，根据本文公开的实施例的空气压缩机系统100与常规控制的空气压缩机系统相比具有百分之七十二点九（72.9%）的发动机负荷平均减少。

图8B示出对于空气接通830（参见图4的元素430）的二十（20）个钻孔834中的每个钻孔的平均发动机负荷832的比较。发动机为图1和3中的元件18。线836是对于常规控制的空气压缩机系统。线838是对于根据本文公开的实施例的空气压缩机系统100（图4，元素420）。例如，对于钻孔“4”，常规控制的空气压缩机系统具有约百分之八十二（82%）的平均发动机负荷840，而根据本文公开的实施例的空气压缩机系统100具有约百分之五十二（52%）的平均发动机负荷842。在对于图8B示出的二十个孔的平均中，根据本文公开的实施例的空气压缩机系统100与常规控制的空气压缩机系统相比具有百分之三十六点三（36.3%）的发动机负荷平均减少。通过空气压缩机系统100自动地节流大小调节来应付地面情况而完成圆844中的钻孔834。通过将空气压缩机系统100节流成保持固定的最佳计算体积而完成圆846中的钻孔834。

根据本文公开的本发明的实施例的空气压缩机系统100具有以下优点。所使用的燃料被减少。发动机的负荷被减小，这减少发动机上的磨损和操作发动机的成本。用作冲洗空气的压缩空气的量被减少，这减少用于控制灰尘所需的水的量。较低的压缩机负荷将延长空气压缩机寿命。发动机上的较低的负荷将延长发动机的寿命。钻凿装置需要被维护的次数被减少。对于试验所使用的钻凿装置，估计对于六千（6,000）操作小时（约一年的全面服务），燃料消耗将减少二十六万九千（269,000）升。

另外，通过测量空气压缩机的真空度控制空气压缩机的优点是：当从空气压缩机下游进行压力测量时，在系统中没有固有的延迟时间。

图9示出控制空气压缩机系统的方法的示例。示例性公式在下文中用于计算。其它公式是可能的且方法不限于在以下示例中使用的具体公式。方法以接收工作空气需求910开始。可从图1的输入设备（未显示）接收工作空气需求。作为示例，具有钻凿装置的应用的空气压缩机系统100的使用者可以输入钻管直径、钻头直径和用于冲洗空气的期望的向上钻孔速度（UHV）。工作空气需求随后可被计算如下：

公式（1）：工作空气需求=D×(B/1000²-A/1000²)/183.4。其中A=钻管直径，B=钻头直径，且D=期望的UHV。

在实施例中，工作空气需求可为输送到工作空气出口阀36的期望的工作空气压力。在实施例中，控制器22可接收期望的工作空气压力和附接到工作空气出口阀36的附件的直径的指示。在实施例中，控制器22可接收期望的工作空气体积。

可选择地，方法可以以计算用于空气压缩机的输出控制的设置来输送工作空气需求920继续。在实施例中，空气压缩机的输出控制可为可调节的空气入口和/或发动机的RPM和/或发动机和空气压缩机之间的离合器控制。

以下是对于当空气压缩机的输出控制为可调节的空气入口时的情形。空气压缩机的可调节的空气入口（参见图1的元件12）的设置可如下。基于用户输入计算空气压缩机系统所能够输送的最大UHV为：

公式（2）：最大UHV=C×183.4/(B/1000²-A/1000²)。其中A=钻管直径，B=钻头直径，且C=如果可调节的空气入口完全打开则空气压缩机系统所能够输送的最大量。

从上面，空气压缩机系统的最大百分比的量可计算如下：

公式（3）：最大百分比=工作空气需求/最大UHV。

由最大百分比，控制器22可计算用于可调节的入口阀的设置，使得最大百分比的空气流入可调节的入口阀中。例如，控制器22可基于线性致动器的伸长计算蝶形阀的张角。例如参见图5B，其中：

公式（4）：角度=ACOS(X^∧2+Y^∧2-(Y+Z)^∧2)/2XY。其中X=钟形曲柄长度Y=致动器缩回长度Z=致动器的伸长。由公式（4），控制器22可设定用于蝶形阀的期望角度的致动器伸长，使得最大百分比的空气流入空气压缩机中。

因此，可根据对于图5的可调节的入口阀的实施例所示出的以上示例计算可调节的入口阀的设置。在实施例中，控制器可计算用于发动机的RPM的数值的设置或用于离合器的设置。

方法可选择地以将空气压缩机的输出控制调节到所计算的设置930继续。例如，对于图5的可调节的空气入口阀的实施例，控制器可将线性致动器的伸长设置到一定值，使得蝶形阀允许最大百分比的空气流入空气压缩机中。因而，空气压缩机系统可基于接收工作空气需求而进行可调节的入口阀的初始设置。在实施例中，控制器可调节空气压缩机的不同的输出控制。例如，控制器可设置发动机的RPM和/或控制器可设置离合器控制。

在实施例中，控制器可将可调节的空气入口调节到小于所计算的设置的值。例如，线性致动器的伸长可被设定为所计算的设置的百分之五十（50）的值。这可具有如下优点：当首先开始钻孔时，空气体积较小，使得来自钻头的空气的冲刷不会将孔的顶部驱散。减小的计算设置可持续仅短时间段或短钻孔距离。例如，仅第一个（1）钻孔或仅两（2）米钻孔。可通过深度传感器和/或通过用户输入来检测钻孔的距离。在实施例中，控制器可设置空气压缩机的不同的输出控制。

方法以计算空气压缩机的估计的空气压力以使空气压缩机输送工作空气需求940继续。以下示例示出当在空气压缩机（图1中的20）的空气入口（图1中的19）处测量空气压缩机的空气压力时可如何计算空气压缩机的估计的空气压力。最大百分比可按上面的公式（3）计算。由最大百分比，压缩机的估计的空气压力可计算如下：

公式（5）：以Hg为单位的估计的空气压力=（-0.29x(最大百分比×100))+30。

由以Hg为单位的估计的空气压力，来自压力传感器（图1中的16A）的以毫安(mA)为单位的估计压力可计算如下：

公式（6）：以mA为单位的估计压力=（0.533×以Hg为单位的估计的空气压力）+4。

该示例中的空气压缩机的所计算的估计空气压力为以Hg为单位的估计压力。在实施例中，所计算的估计空气压力可被预先确定并储存起来，使得控制器基于所接收的工作空气需求来查找估计的空气压力值。在实施例中，所计算的估计空气压力可被调节以补偿系统中空气泄漏和补偿压缩空气的其它使用。

因此，如上面示例示出的，可计算以Hg为单位的估计空气压力并且压力可被测量并输送到控制器。

方法可选地以过去预定量的时间950继续。如果已经过去预定量的时间，则该方法跳过基于所计算的估计空气压力而调节可调节的入口阀的步骤。预定量的时间可为比如10秒到几分钟的时间段。在实施例中，预定量的时间可足够长，以致绝不会跳过基于计算的估计空气压力而调节可调节的入口阀的步骤。如果还没有过去预定量的时间，则该方法继续比较空气压缩机的测量到的压力与所计算的估计空气压力960。空气压缩机的测量到的压力当由控制器接收时可按毫安计，且如上面说明的，所计算的估计空气压力可转变为毫安读数。

如果空气压缩机的测量到的压力小于所计算的估计空气压力，则方法以步骤970继续。如果空气压缩机的测量到的压力大于所计算的估计空气压力，则方法以步骤980继续。在实施例中，空气压缩机的测量到的压力必须小于所计算的估计空气压力一个预定的较小量，以使方法继续步骤970。在实施例中，空气压缩机的测量到的压力必须大于所计算的估计空气压力一个预定的较大量，以使方法继续步骤980。通过包括预定的较大量和预定的较小量，空气压缩机系统可以不太可能急剧地波动。例如，预定的较大量可超过所计算的估计空气压力20%且预定的较小量可低于所计算的估计空气压力20%，使得将以所计算的估计空气压力加或减20%的范围控制空气压缩机系统。基于空气压缩机的测量到的压力调节可调节的入口阀具有如下优点：测量到压力可以是比设置可调节的入口阀的打开量更精确地指示由空气压缩机输送的空气的实际体积的指示。这可能是由于多种原因。这些原因包括：温度差可使得难以将可调节的入口阀设定到特定打开值且可调节的入口阀可能难以校准。

在步骤970中，控制器增加空气压缩机的输出控制。在实施例中，增加可调节的入口阀的开度，使得空气压缩机系统输送更多的压缩空气。方法然后返回到步骤950。在实施例中，发动机的RPM被增加。在实施例中，发动机和空气压缩机之间的离合器控制被增加。在步骤980中，减小空气压缩机的输出控制的开度。在实施例中，减小可调节的入口阀的开度，使得空气压缩机系统输送更少的压缩空气。在实施例中，减小发动机的RPM。在实施例中，发动机和空气压缩机之间的离合器控制被减小。

如果空气压缩机的测量到的压力既不小于也不大于所计算的估计空气压力（可能地有预定的较小量和预定的较大量），则步骤960继续到步骤990。步骤990确定所输送的工作空气压力。在实施例中，可通过计算所输送的工作空气压力的运行平均值来确定已确定的输送工作空气压力。所输送的工作空气压力的示例在图1中作为冲洗空气压力传感器16D被示出。可在不同位置测量所输送的工作空气压力。可通过对所输送的工作空气压力的测量到的压力有规律地重复取样并且然后在预定时间段之后除以样品数目来计算在预定的时间段比如10秒内的运行平均值。许多其它的预定时间段是可能的，比如2秒和10分钟。另外，能够以许多不同的方式计算运行平均值。例如，可取所输送的工作空气压力中的三（3）个读数并且三（3）个读数的中间读数可用于与工作空气需求比较。作为另一示例，可通过监测所输送的工作空气压力来确定所输送的工作空气压力并且如果工作空气压力下降到低于工作空气需求某一预定量（例如，百分之五（5））以下，则所输送的工作空气压力的低于百分之五（5）的值可用于确定是否调节空气压缩机。在实施例中，高或低的所输送的工作空气压力的读数可被忽略。在实施例中，所输送的工作空气压力的读数通过控制器在一段时间内被估计并用于确定是否调节输送的工作空气压力。

在步骤990之后，方法继续比较已确定的输送工作空气压力与工作空气需求995。已确定的输送工作空气压力可如上面解释地被确定。在实施例中，可通过比较所计算的运行平均值与工作空气需求来比较已确定的输送的工作空气压力与工作空气需求995。可将所计算的运行平均值与工作空气需求（来自于上面的公式（1）和步骤210）比较。如果所计算的运行平均值大于工作空气需求，则该方法可继续到步骤980。如果所计算的运行平均值小于工作空气需求，则该方法继续到步骤970。在实施例中，如果所计算的运行平均值大于工作空气需求一个第二预定的较大量，则该方法可继续到步骤980。第二预定的较大量可为一个固定量或为工作空气需求的一个百分数。在实施例中，如果所计算的运行平均值小于工作空气需求一个第二预定的较小量，则该方法可继续到步骤970。第二预定的较小量可为一个固定量或为工作空气需求的一个百分数。上面和下面论述的所有预定量可在该方法继续期间被调节，以改善空气压缩机系统的性能。在实施例中，控制器可使用所输送的工作空气压力来确定是否调节空气压缩机。

在实施例中，工作空气需求可根据钻头深度改变。例如，工作空气需求可每10米增加约5%。可能需要增加的工作空气需求来增加冲洗空气以补偿钻孔的较大深度。可从深度传感器（图1中的16E）或从来自输入设备的用户输入确定钻头的深度。另外，如果工作空气需求根据钻头深度改变，则控制器可重新计算已计算过的估计空气压力。在实施例中，工作空气需求可被增加以补偿空气压缩机系统中的泄漏。例如，软管可能具有泄漏。

如果方法不继续到步骤970或步骤980，则该方法继续到选择性的步骤997。步骤997比较接收器压力与最大（max）和最小（min）值。如果接收器压力（例如图1的元件16C）大于max（max对于低压操作来说可为每平方英寸100磅（psi）且对于高动力操作来说可为550psi），则方法继续到步骤980。如果接收器压力（例如图1的元件16C）小于max（min对于低压操作来说可为30psi且对于高动力操作来说可为80psi），则方法继续到步骤970。否则，该方法继续返回到步骤950。

如果选择性的步骤997不出现，则如果方法不继续到步骤970或步骤980，那么方法从步骤995继续到步骤950。方法可由于多种原因而终止。在这些原因中，控制器可接收到不再需要工作空气的指示和/或控制器可接收到空气压缩机系统被切断的指示时，该方法可能终止。因此，已经说明了控制空气压缩机系统的方法。

在实施例中，步骤990和步骤995是可选的。在实施例中，步骤960、步骤995和步骤997可按不同的顺序。在实施例中，该方法可以在步骤980和步骤970中不调节可调节的入口阀，直到根据步骤960和步骤995以及选择性地根据步骤997确定是否需要调节可调节的入口阀为止。该方法可以优先顺序排列步骤960、步骤995和步骤997中的一个或多个，以确定是否调节可调节的入口阀。可选择地，或者另外，该方法可基于在960、995以及选择性地997中的基于在每个比较中有多少调节量被指示的权重的比较结果来调节可调节的入口阀。

在实施例中，步骤980可包括比较所输送的工作空气压力与最小的工作空气压力，并且如果所输送的工作空气压力不大于最小的工作空气压力一个预定的量，则不减小空气压缩机的输出控制。最小工作空气压力可为维持最小量的冲洗空气以使得钻头不被未从钻孔中冲洗出的碎屑破坏或卡住的设置。在实施例中，步骤980可包括比较空气压缩机的测量到的压力与用于最少工作空气的最小压力，并且如果空气压缩机的测量到的压力不大于用于最小工作空气压力的最小压力一个预定的量，则不减小空气压缩机的输出控制。用于最小工作空气压力的最小压力可为使空气压缩机输送最小工作空气压力的确定压力。

在实施例中，步骤970和步骤980可包括调节空气压缩机的不同的输出控制。例如，离合器控制可被增加或减小，和/或发动机的RPM可被增加或减小。

图10示出控制空气压缩机系统的方法的示例。方法以接收工作空气需求1010开始。可从图1的输入设备（未示出）接收工作空气需求。作为示例，具有钻凿装置的应用的空气压缩机系统100的使用者可以输入钻管直径、钻头直径和用于冲洗空气的期望的向上钻孔速度（UHV）。工作空气需求随后可如上面描述地被计算。

在实施例中，工作空气需求可为输送到工作空气出口阀36的期望的工作空气压力。在实施例中，控制器22可接收期望的工作空气压力和附接到工作空气出口阀36的附件的直径的指示。在实施例中，工作空气需求可根据钻头深度改变。例如，工作空气需求可每十（10）米增加约五（5）%。可能需要增加的工作空气需求来增加冲洗空气以补偿钻杆的较大深度。在实施例中，工作空气需求可根据系统中的泄漏而改变。例如，软管中可具有泄漏，使得控制器或用户输入可调节工作空气需求，用以补偿泄漏。

方法以调节空气压缩机的输出控制1020继续。在实施例中，空气压缩机的输出控制可为可调节的空气入口和/或发动机的RPM和/或发动机和空气压缩机之间的离合器控制。在实施例中，可调节的空气入口可被调节到预定的开度，以开始供应工作空气。在实施例中，可调节的发动机可被设定到预定的RPM。在实施例中，离合器可被设定到预定的设置。

可选地，方法可包括在步骤1020之前计算用于空气压缩机的输出控制的设置。例如，可计算用于使空气压缩机的可调节的空气入口输送工作空气需求的设置。可如上面所述地计算空气压缩机的可调节的空气入口（参见图1的元件12）的设置。在实施例中，计算控制空气压缩机的发动机的RPM。在实施例中，计算用于离合器的设置。如上面描述的，在实施例中，控制器可将空气压缩机的输出控制调节到在短时间段或短钻孔距离中比所计算的设置要小的值。

方法以测量所输送的工作空气压力1030继续。所输送的工作空气压力的示例在图1中作为冲洗空气压力传感器16D被示出。可在包括工作空气被输送的位置处或附近的不同位置中测量所输送的工作空气压力。可如上面描述地对所输送的工作空气压力计算运行平均值。另外，能够以许多不同的方式计算运行平均值。例如，可取所输送的工作空气压力中的三（3）个读数并且三（3）个读数的中间读数可用于与工作空气需求比较。作为另一示例，可通过监测所输送的工作空气压力来确定所输送的工作空气压力，并且如果工作空气压力下降到低于工作空气需求某一预定量（例如，百分之五（5））以下，则所输送的工作空气压力的低于百分之五（5）的值可用于确定是否调节空气压缩机。在实施例中，高或低的所输送的工作空气压力的读数可被忽略。在实施例中，所输送的工作空气压力的读数通过控制器在一段时间内被估计并用于确定是否调节输送的工作空气压力。

方法以比较测量到的所输送的工作空气压力与工作空气需求1040继续。如果测量到的所输送的工作空气压力大于工作空气需求，则该方法可继续到步骤1060。如果测量到的所输送的工作空气压力小于工作空气需求，则该方法可继续到步骤1050。在实施例中，比较可用以确定测量到的所输送的工作空气压力和工作空气需求是否在预定的量内，以确定是否调节可调节的空气入口阀。

在实施例中，步骤1040可包括比较测量到的所输送的工作空气压力与最小的工作空气压力，且如果测量到的所输送的工作空气压力不大于最小的工作空气压力一个预定的量，则不减小空气压缩机的输出控制。最小工作空气压力可为维持冲洗空气的最小量以使得钻头不被未从钻孔中冲洗出的碎屑破坏或卡住的设置。

如果该方法没有继续到步骤1050或步骤1060，则该方法可返回到1030。步骤1050和步骤1060调节空气压缩机的输出控制。例如，控制器可调节、可设定发动机的RPM和/或控制器可设定离合器控制和/或控制器可设定可调节的入口阀的开度。

可选地，该方法可包括以下步骤：计算空气压缩机的估计空气压力，以使空气压缩机输送工作空气需求，测量空气压缩机的压力，以及比较空气压缩机的测量到的压力与所计算的估计空气压力。调节空气压缩机的输出控制的这些步骤和相应的步骤可按上述实施。

可选地，该方法可包括比较接收器压力与最大（max）和最小（min）值。调节可调节的空气入口阀的该步骤和相应的步骤可按上述实施。

方法可由于多种原因而终止。在这些原因中，控制器可接收到不再需要工作空气的指示和/或控制器可接收到空气压缩机系统被切断的指示时，方法可能终止。因此，已经说明了控制空气压缩机系统的方法。

术语计算包括查找在可能已经预加载或预计算好的表中的值以及获取不涉及确切地计算出量值的计算量值的其它形式，但是可能涉及从可为本地或远程的储存位置对量值进行检索。

本发明的实施例可体现为用于对现有的空气压缩机系统进行升级的套件。升级的套件可包括用于对现有的空气压缩机系统进行升级的部分。该部分可包括上述的任何部分以及上述方法的具有如下形式的实施例，比如计算机可读介质或ROM存储器。另外，套件可包括用于将现有的空气压缩机系统升级成上述本发明的实施例的指令且可包括用于从因特网和/或从远程或本地计算机下载上述方法的实施例的指令。

尽管上述解释限于钻凿装置，但是应理解，所公开的空气压缩机系统及其操作方法不限于钻凿装置且可用于许多其它应用中。

尽管对本公开进行了补充，但是这些补充不应被认为将前述公开限制为不包括这些补充。

可利用通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）、可编程逻辑控制器（PLC）或其它可编程逻辑设备、分立式门或晶体管逻辑、分立式硬件部件或设计成执行本文描述的功能的上述的组合来实施或执行关于本文公开的实施例描述的各种示例性的逻辑、逻辑块、模块和电路。通用处理器可为微处理器，但是在可选形式中，处理器可为任何常规处理器、控制器、微处理器或状态机。处理器还可被实施为计算设备的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP芯片结合的一个或更多个微处理器或任何其它这样的配置。

而且，关于本文公开的控制器22描述的方法或算法的步骤和/或动作可以以硬件、以由处理器执行的软件模块或以两者的组合来直接实现。软件模块可存在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、记录器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域已知的存储介质的任何其它形式中。示例性的存储介质可联接到处理器，使得处理器能够从存储介质读取信息，并将信息写入存储介质。在可选形式中，存储介质可与处理器形成为整体。而且，在一些方面，处理器和存储介质可存在于ASIC。另外，ASIC可存在于用户终端。在可选形式中，处理器和存储介质可作为用户终端中的分立部件的形式而存在。另外，在一些方面，方法或算法的步骤和/或动作可作为机器可读介质和/或计算机可读介质上的指令的一个指令或指令的任意组合或指令组的形式而存在。

计算机可读记录介质也可分布在网络联接的计算机系统上，使得计算机可读代码被存储起来并以分布方式被执行。计算机可读记录介质可限于非易失性计算机可读记录介质。

尽管结合本发明的优选实施例进行了描述，但是本领域技术人员应理解，在不偏离本发明的所附权利要求书限定的精神和范围的情况下可作出尚未具体描述的补充、删除、修改和替换。

Claims (20)

1.一种空气压缩机系统，包括：

空气压缩机，所述空气压缩机具有空气入口和空气出口，所述空气压缩机被构造成压缩来自所述空气入口的空气并将一定体积的压缩空气输送到所述空气出口；

输出控制，所述输出控制被构造成控制由所述空气压缩机压缩的空气的量；

工作空气压力传感器，所述工作空气压力传感器被构造成测量所输送的工作空气的空气压力；

工作空气出口阀，所述工作空气出口阀与所述空气压缩机的所述空气出口连通，所述工作空气出口被构造成当所述工作空气出口阀打开时将来自所述空气压缩机的所述空气出口的所述一定体积中的至少一些体积的压缩空气作为工作空气输送；以及

控制器，所述控制器与可调节的入口阀和所述工作空气压力传感器通讯，其中所述控制器被构造成接收工作空气需求，并且所述控制器被构造成基于所输送的工作空气的测量到的空气压力与所述工作空气需求的比较来调节所述输出控制。

2.根据权利要求1所述的空气压缩机系统，其中所述控制器被构造成通过以下中的至少一项来调节所述空气压缩机的所述输出控制：调节可调节的入口阀的开度、调节发动机的RPM和调节离合器控制。

3.据权利要求1所述的空气压缩机系统，其中所述控制器被构造成通过确定所输送的工作空气的测量到的空气压力在预定的时间段内的运行平均值来调节所述输出控制，并且如果所述运行平均值小于所述工作空气需求多于一个预定的较小量，则调节所述输出控制，以增加到达所述空气压缩机的所述空气入口的空气的量，并且如果所述运行平均值大于期望的冲洗空气压力多于一个预定的较大量，则调节所述输出控制，以减小到达所述空气压缩机的所述空气入口的空气的量。

4.根据权利要求1所述的空气压缩机系统，其中所述控制器被构造成当所输送的工作空气的所述测量到的空气压力小于预定的较小量时调节所述输出控制，以增加由所述空气压缩机产生的空气的量，并且所述控制器被构造成当所输送的工作空气的所述测量到的空气压力大于预定的较大量时调节所述输出控制，以减小由所述空气压缩机产生的空气的量。

5.根据权利要求1所述的空气压缩机系统，其中所述控制器还被构造成基于存储信息确定所述输出控制的设置，以输送所述工作空气需求，并且所述控制器被构造成将所述输出控制调节到所确定的设置。

6.根据权利要求1所述的空气压缩机系统，其中基于接收到以下输入来确定所述工作空气需求：钻管直径、钻头直径和用于钻孔的冲洗空气的期望的向上钻孔速度。

7.根据权利要求1所述的空气压缩机系统，其中所述工作空气压力传感器位于钻孔中且测量冲洗空气压力。

8.根据权利要求1所述的空气压缩机系统，其中所述控制器还被构造成基于钻头的深度调节所述工作空气需求，其中从以下中的至少一项接收钻头的深度：被构造成测量钻头在钻孔中的深度的深度传感器，或被构造成接收所述钻头的深度的指示的输入设备。

9.根据权利要求1所述的空气压缩机，其中所述控制器还被构造成：如果所述工作空气出口阀打开，则调节所述输出控制，以维持对于输送的工作空气出口阀而言的最小压力。

10.一种控制空气压缩机的方法，所述方法包括：

接收工作空气需求；

调节所述空气压缩机的输出控制；

测量所输送的工作空气压力；

比较测量到的所输送的工作空气压力与所述工作空气需求；

如果所述工作空气需求大于所述测量到的所输送的工作空气压力一个第一预定的较大量，则增加所述空气压缩机的所述输出控制；以及

如果所述工作空气需求小于所述测量到的所输送的工作空气压力一个第二预定的较小量，则减小所述空气压缩机的所述输出控制。

11.根据权利要求10所述的方法，其中增加所述空气压缩机的所述输出控制包括：

增加以下中的至少一项：可调节的入口阀的开度、发动机的RPM和离合器控制；

且其中减小所述空气压缩机的所述输出控制包括：

减小以下中的至少一项：可调节的入口阀的开度、发动机的RPM和离合器控制。

12.根据权利要求10所述的方法，还包括：

确定所输送的工作空气压力的运行平均值；

比较所确定的运行平均值与所述工作空气需求；

如果所述工作空气需求大于所确定的运行平均值一个第二预定的较大量，则减小所述输出控制；以及

如果所述工作空气需求小于所确定的运行平均值一个第二预定的较小量，则增加输出控制。

13.根据权利要求10所述的方法，还包括：

确定所述空气压缩机的所述输出控制的设置，以输送所述工作空气需求；以及

将所述输出控制调节到所确定的设置。

14.根据权利要求10所述的方法，还包括：

确定所述空气压缩机的估计空气压力，以使所述空气压缩机输送所述工作空气需求；

测量所述空气压缩机的压力；

比较所述空气压缩机的测量到的压力与所确定的估计空气压力；

如果所述空气压缩机的所述测量到的压力大于所确定的估计空气压力一个预定的较大量，则减小所述输出控制；以及

如果所述空气压缩机的所述测量到的压力小于所确定的估计空气压力一个预定的较小量，则增加所述输出控制。

15.根据权利要求14所述的方法，其中测量所述空气压缩机的压力包括：

测量所述空气压缩机的压力，其中测量到的压力为所述空气压缩机内部的压力。

16.根据权利要求10所述的方法，其中如果所述工作空气需求小于所述测量到的所输送的工作空气压力还包括：

当所述工作空气需求小于所述测量到的所输送的工作空气压力一个第二预定的较小量和所述测量到的所输送的工作空气压力大于最小的工作空气压力时，则减小所述输送控制。

17.根据权利要求10所述的方法，还包括：

基于钻头的深度增加所述工作空气需求。

18.根据权利要求10所述的方法，还包括：

减少所述工作空气需求持续以下中的至少一项：短时间段或短钻孔距离。

19.一种钻凿装置，所述钻凿装置被构造成根据权利要求10所述的方法控制空气压缩机系统。

20.一种计算机程序产品，包括：

计算机可读介质，包括：

第一组代码，所述第一组代码用于响应于接收工作空气需求而使计算机调节输出控制，所述输出控制被构造成控制由空气压缩机压缩的空气的量；

第二组代码，所述第二组代码用于使计算机测量所输送的工作空气压力；

第三组代码，所述第三组代码用于使计算机比较测量到的所输送的工作空气压力与所述工作空气需求；

第四组代码，所述第四组代码用于在所述工作空气需求大于所述测量到的所输送的工作空气压力一个第二预定的较大量时使计算机增加所述输出控制；以及

第五组代码，所述第五组代码用于在所述工作空气需求小于所述测量到的所输送的工作空气压力一个第二预定的较小量时使计算机减小所述输出控制。

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