CN107923401A - 压缩机和用于其速度控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明主要涉及用于压缩机的控制速度的方法，尤其是通过该方法来控制压缩机的可旋转压缩元件的速度。此外，本发明涉及一种压缩机，例如用于生成压缩空气的压缩机。压缩机操作成在其操作期间以具有至少与最小平均值一样大的平均值的速度操作，以确保压缩机的功能。根据该方法，确定压缩机的、对于待由压缩机实现随时间可变的输出功率所需的随时间可变的目标速度。确定随时间可变的目标速度的时间平均值。根据本发明，如果可变的目标速度的时间平均值小于压缩机的速度的最小平均值，则提高下速度极限。

Description

压缩机和用于其速度控制的方法

本发明主要涉及用于压缩机的控制速度的方法，尤其是通过该方法来控制压缩机的可旋转压缩元件的速度。此外，本发明涉及一种压缩机，例如用于生成压缩空气的压缩机。

DE 603 13 320T2示出了用于对螺杆式压缩机减载的方法，在该方法中，空气在封闭的空气入口处从螺杆式压缩机被去除。

DE 10 2013 111 218A1教导了用于生成压缩空气的组件的电子控制设备。控制设备依赖用于生成压缩空气的组件的结构和性能的模型。

从DE 100 47 940A1中得知了用于控制螺杆式压缩机的操作的方法，在该方法中，所述螺杆式压缩机的马达的旋转频率受控制。

DE 601 18 088T2示出了用于控制压缩机设备的方法，在该方法中，经润滑的压缩机元件的速度受控制。

DE 601 15 671T2教导了基于压缩机驱动装置的速度和扭矩的测量结果来进行控制的注油式可变速螺杆式压缩机。

从现有技术出发，本发明的目的在于：通过改变压缩机的速度而持久地确保压缩机的其输出功率可变的功能，同时允许压缩机高效地进行操作。

所述目的通过根据所附权利要求1的方法以及通过根据所附独立权利要求10的压缩机来实现。

本发明的方法用于压缩机的控制速度。压缩机尤其是优选地用于生成压缩空气的压缩机。压缩机的操作的特征在于速度，尤其是压缩机的可旋转压缩元件的速度。为了持久地确保压缩机的功能，压缩机在其操作期间必须以至少与最小平均值一样高的速度进行操作。速度随着时间可变。平均值是随时间可变的速度的平均值。只有当压缩机在长期平均水平中的速度至少与最小平均值一样大时，才能持久地确保压缩机的功能。这导致了这样的事实：即，仅当压缩机在长期平均水平中的速度至少与最小平均值一样大时，压缩机中的单个过程(尤其例如除油或润滑)才可达到足够的程度。

在根据本发明的方法的一个步骤中，确定压缩机的、实现输出功率所必需的目标速度。具体地，通过另一个过程或通过压缩机的操作者确定待由压缩机实现的输出功率，并且所述输出功率随时间可变。相应地，目标速度也随时间可变。

在根据本发明的方法的另一个步骤中，确定随时间可变的目标速度的时间平均值。时间平均值是在所考虑的持续时间中的平均目标速度。

根据本发明，如果可变的目标速度的时间平均值小于压缩机的速度的最小平均值，则提高压缩机的下速度极限。下速度极限是压缩机的速度不会低于其的值。根据本发明，压缩机以目标速度操作，但是不会低于下速度极限。如果可变的目标速度的时间平均值持久地小于压缩机的速度的最小平均值，则将无法再确保压缩机的功能，这是因为：例如，将无法再充分地进行除油，由此所生成的压缩空气的油含量将过大。提高下速度极限使得压缩机的平均速度提高，从而持久地确保压缩机的功能。

根据本发明的方法的一个具体有益效果在于，压缩机可以高效地操作，因为当存在相应的低功率需求时，压缩机可暂时地以低于相应的静态下速度极限的低速度进行工作。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，在时间监测间隔上确定随时间可变的目标速度的时间平均值。因此，目标速度的时间平均值代表监测间隔中的平均目标速度。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，如果可变的目标速度的时间平均值小于压缩机的速度的最小平均值，则在所述监测间隔终止之后提高下速度极限。尤其优选地，如果可变的目标速度的时间平均值小于压缩机的速度的最小平均值，则紧接于监测间隔终止之后立即提高下速度极限。这确保了压缩机的平均速度在短时间内增加。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，在监测间隔期间记录压缩机的随时间可变的目标速度的时间分布。因此，不仅存在目标速度的平均值，还存在目标速度的时间分布。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，在监测间隔终止之后，下速度极限提高到这样的程度：使得随时间可变的目标速度的所记录的时间分布在受限于已提高的下速度极限的情况下，在监测间隔上具有至少与压缩机的速度的最小平均值一样大并且尤其优选为一样大的时间平均值。在该实施方式中，假设压缩机在接下来的监测间隔中利用相同的可实现输出功率的变化曲线进行操作。如果情况确实如此，则在该接下来的监测间隔中，压缩机的速度的平均值将与速度的最小平均值一样大或至少一样大。因此，一方面确保了压缩机的功能；另一方面，压缩机的速度的可实现输出功率下降非常小，从而使得压缩机高效地进行操作。在最常见的情况(压缩机始终以可实现输出功率的相同的时间分布进行操作)中，压缩机的速度将下降并且具有小的可实现输出功率，使得压缩机的速度的平均值刚好达到最小平均值。

根据本发明的方法优选地周期性地运行，其中，所述周期分别对应于监测持续时间。在每个周期中，确定压缩机的随时间可变的目标速度；确定随时间可变的目标速度的时间平均值；以及如果可变的目标速度的时间平均值小于压缩机的速度的最小平均值，则提高下速度极限。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，还监测随时间可变的目标速度在上目标速度和下目标速度之间变化的次数。上目标速度优选地通过压缩机的最大速度形成，并且对应于满负载操作。可替代地，上目标速度优选地计为压缩机的最大速度的80％。下目标速度优选地通过空速度形成。可替代地，下目标速度优选地计为压缩机最大速度的50％。在所描述的监测中，对随时间可变的目标速度在上目标速度和下目标速度之间变化的次数进行计数，其中，仅必须对从上目标速度到下目标速度的变化进行计数，或者仅必须对从下目标速度到上目标速度的变化进行计数。在这些实施方式中，如果在下目标速度和上目标速度之间的变化超过预限定的最大次数，则另外降低上速度极限。已降低的上速度极限小于上目标速度。根据压缩机的目标速度进行操作，但是不超过上速度极限。降低上速度极限使得压缩机在非常高的速度(即，尤其为最大速度)和很小的速度(即，尤其为空速度)之间的变化更少。就此而言，压缩机的可实现输出功率频繁在高功率和低功率之间变化还会导致上目标速度和下目标速度之间的频繁的变化。通过降低上速度极限，压缩机的速度将不会以相同的程度跟随这些变化，而是将在中间范围中波动。这将减小压缩机的磨损。预限定的最大变化次数设计成使得压缩机高效地操作。

所描述的监测随时间可变的目标速度在上目标速度和下目标速度之间变化的次数的过程中，优选在监测间隔上进行监测。如果在下目标速度和上目标速度之间变化的次数超过预限定的最大次数，则优选地紧接于监测间隔之后立即进行所描述的降低上速度极限。

压缩机优选地设计成用于压缩介质，使得根据本发明进行介质的压缩。介质优选由气体形成。气体优选由空气形成，使得压缩机被设计成生成从压缩机输出的压缩空气。然而，气体例如还可以是二氧化碳或者氧气。待压缩的介质例如还可以是气雾剂。

介质的压缩优选地在具有螺杆转子的压缩机内进行，其中所述螺杆转子形成压缩元件。上述压缩机的速度代表螺杆转子的速度。但是，压缩机也可设计有其他类型的压缩元件，例如齿轮或活塞。

压缩机优选地利用流体作为润滑剂和/或利用流体作为冷却剂来操作。流体优选通过油和/或水形成。

在压缩机中，优选地实现从流体中分离经压缩的气体，为此使用了分离器。如果可变的目标速度的时间平均值小于压缩机的速度的最小平均值，则优选地进行根据本发明的提高下速度极限，以借助于分离器持久地保证从流体中分离经压缩的气体，即，持久地确保分离器的功能。

可实现的随时间可变的输出功率优选地由被压缩机压缩的介质的容积流量来表示。压缩机的速度和容积流量直接相互依赖。可实现的随时间可变的输出功率也可用压力来表示。

根据本发明的压缩机用于压缩介质。该压缩机包括至少一个可旋转压缩元件以及用于驱动所述至少一个可旋转压缩元件的马达。为了确保压缩机的功能，压缩机在其操作期间以具有至少与最小平均值一样大的平均值的速度进行操作。压缩机还包括被配置成执行根据本发明的方法的速度控制件。速度控制件优选地被配置为执行根据本发明的方法的优选实施方式。另外，根据本发明的压缩机优选地还具有结合根据本发明的方法所描述的特征。

压缩机优选由螺杆式压缩机形成，为此，压缩机包括通过作用于彼此中的螺杆转子形成的至少两个可旋转压缩元件。

压缩机优选地设计有作为润滑剂的流体和/或作为冷却剂的流体。流体优选地通过油和/或水形成。

压缩机优选地包括用于从经压缩的气体中分离流体的分离器。分离器优选地通过预分离器和/或细分离器形成。

控制件优选地由切换各个控制步骤并生成控制信号的微控制器形成。

根据本发明的优选实施方式的以下描述，本发明的其他有益效果、细节和进一步的改进将变得明显。

本发明的一个优选实施方式通过用于压缩空气的注油式螺杆式压缩机形成。经压缩的空气作为压缩空气排出。

螺杆式压缩机包括压缩机级，其中，油被注入到所述压缩机级中以进行润滑和冷却并且在对螺杆式压缩机的压力侧上的空气进行压缩之后与压缩空气分离。为此，螺杆式压缩机包括利用其将压缩空气与油分离的预分离器，其中，经分离的油在回路中再次循环回到螺杆式压缩机的吸入侧。

被预分离的压缩空气还流过螺杆式压缩机的细分离器，以净化掉压缩空气中的更细小的油粒。这种通过细分离器净化的压缩空气仅具有很小比例的油粒，该比例称为残余流体含量。对于每立方米吸入容积流量，残余流体含量约为1至5mg流体。

细分离器只在有限的容积流量窗口中充分发挥作用。如果离开这个容积流量窗口，则这表示在短时间后残余流体含量会显著提高。对于大于因结构类型和尺寸而使用的特定细分离器的最大容积流量的容积流量而言，会造成油粒从细分离器被带出。在使用小于特定细分离器的最小容积流量的容积流量的情况下，会由于油与细分离器缺乏接触而阻碍所述分离。

细分离器被设计成使得在螺杆式压缩机的最大速度下所述螺杆式压缩机的容积流量与细分离器的最大容积流量一致，从而确保油的分离。

在螺杆式压缩机的最小速度处，螺杆式压缩机的容积流量低于细分离器的最小容积流量。如果螺杆式压缩机以其最小速度持久操作，则将导致残余流体含量提高，从而使螺杆式压缩机的功能将受到影响或使所排出的介质(例如，压缩空气)的所得纯度不符合要求，这可能导致损坏随后向其供应所述介质的设备组件。

在根据本发明的螺杆式压缩机中，通过螺杆式压缩机的速度控制中的算法自动地求取速度损耗分布。该速度损耗分布的示例如下：

25％速度-70％操作时间，

50％速度-15％操作时间，

75％速度-10％操作时间，

100％速度-5％操作时间，

操作者可选择和改变由螺杆式压缩机供应的压缩空气供应量。由螺杆式压缩机供应的压缩空气供应量表示其输出功率，所述输出功率随时间可变。螺杆式压缩机的速度和压缩空气供应量(即，压缩机的容积流量)直接彼此依赖。

基于压缩空气供应量的相应时间分布，根据本发明，该次数分布自动地影响速度极限，即，影响下速度极限和上速度极限。螺杆式压缩机的速度随后处于下速度极限和上速度极限之间。

例如，如果螺杆式压缩机首先在其大部分操作时间内以其最小速度操作，则这随后会导致残油含量增加。然而，根据本发明，下速度极限被提高，使得之后螺杆式压缩机的较大容积流量致使所述细分离器持久地保持其功能。这将确保残余流体含量不会提高到不希望的水平。

此外，根据本发明确定从负载操作到空转操作的变化的次数。如果该次数超过预限定的最大次数，则降低上速度极限，使得最大容积流量变得更小，其结果是，螺杆式压缩机从负载操作到空转操作的变化更少。负载操作和空转操作之间的频繁变化将由于压力释放过程而导致能量效率降低，根据本发明这被阻止。这对于这样的压缩机尤其相关，在该压缩机中，可实现的容积流量显著小于压缩机的最大容积流量。根据本发明，防止压缩机从负载操作频繁地变化到空转操作，使得根据本发明的压缩机具有高寿命。

速度控制件以规律的间隔创建新的损耗曲线，以在压缩空气需求改变时执行速度极限的新的适应。

Claims (10)

1.用于压缩机的控制速度的方法，所述压缩机在所述压缩机的操作期间以具有至少与最小平均值一样大的平均值的速度操作以确保所述压缩机的功能，所述方法包括以下步骤：

-确定所述压缩机的随时间可变的目标速度，其中所述随时间可变的目标速度对于待由所述压缩机实现随时间可变的输出功率是必需的；

-确定所述随时间可变的目标速度的时间平均值；以及

-如果所述可变的目标速度的时间平均值小于所述压缩机的速度的最小平均值，则提高下速度极限。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，跨越监测间隔确定所述随时间可变的目标速度的时间平均值。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，如果所述可变的目标速度的时间平均值小于所述压缩机的速度的最小平均值，则紧接于所述监测间隔之后立即提高所述下速度极限。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在所述监测间隔上记录所述压缩机的随时间可变的目标速度的时间分布。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述监测间隔终止之后，将所述下速度极限提高到这样的程度：使得在受限于已提高的下速度极限的情况下，所述随时间可变的目标速度的所记录的时间分布在所述监测间隔上具有与所述压缩机的速度的最小平均值一样大的时间平均值。

6.如权利要求1到5中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

-监测所述随时间可变的目标速度在上目标速度和下目标速度之间变化的次数；以及

-如果在所述下目标速度和所述上目标速度之间的变化的次数超过预限定的最大次数，则降低上速度极限。

7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，利用所述压缩机压缩气体，其中，使用流体作为润滑剂和/或冷却剂，利用分离器使得所述流体与经压缩的所述气体分离。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，如果所述可变的目标速度的时间平均值小于所述压缩机的速度的最小平均值，则提高所述下速度极限，以确保所述流体与经压缩的所述气体分离。

9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，可实现的所述随时间可变的输出功率通过由所述压缩机压缩的介质的容积流量来表示。

10.用于压缩介质的压缩机，包括至少一个可旋转压缩元件和用于驱动所述至少一个可旋转压缩元件的马达，

其中，所述压缩机在所述压缩机的操作期间以具有至少与最小平均值一样大的平均值的速度操作，以确保所述压缩机的持久的功能；以及

其中，所述压缩机包括被配置为执行如权利要求1至9中任一项所述的方法的速度控制件。