CN110140073B - 用于将光纤铺设在管道中的自主式流体压缩机 - Google Patents

Abstract

用于将压缩流体供应到线缆铺设装置的自主式流体压缩机装置，该流体压缩机包括：流体压缩单元，该流体压缩单元被布置成压缩流体并且包括排流阀；电动马达，该电动马达用于驱动流体压缩单元；可再充电电力单元，该可再充电电力单元向电动马达供应电力；连接到排流阀的流体供应端口；其特征在于：流体压缩机包括：输入单元，该输入单元用于接收指示来自线缆铺设装置的流体需求的流体需求信号；控制单元，该控制单元被布置成基于流体需求信号控制马达。

Description

用于将光纤铺设在管道中的自主式流体压缩机

技术领域

本发明涉及一种自主式流体压缩机的控制方法，以及一种用于将压缩流体供应至线缆铺设装置的自主式流体压缩机，该线缆铺设装置用于将线缆、纤维喷射到管道或导管中。

背景技术

线缆喷射是在同时推动线缆进入管道中时吹送线缆穿过管道的过程。诸如空气之类的压缩流体通过在管道入口处的吹送室注入，并且高速流过管道且沿线缆流动。由这种流体(空气)流产生的拖曳力导致细长元件沿管道移动。可以采用拉锭。推动细长元件可以是一个选择，然后只有拖曳力才能使细长元件移动。

通常，具有吹送室的线缆铺设装置连接到流体或气体压缩机，以在吹送室处被供应有压缩空气，并且通过安装在气体压缩机和吹送室之间的阀来手动调节气体压力和/或气体流量。这种调节很难找到阀开度的最佳调节，并且如果铺设条件有变化，则需要再次调节阀开度。此外，气体压缩机包括在标称压力下加压的槽，但特别是在安装开始时，实际需要通常是更低的。气体压力的调节(降低)导致压缩气体能量的损失。如果使用外部和无限制的能量源，则这种情况不是问题，但如果将电池用作电源，则这种情况变得至关重要。如果使用液体代替气体，则这种情况是相同的。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的上述缺点，并且首先提出一种流体压缩机，该流体压缩机被设计用于促进向线缆铺设装置的压缩流体供应，该线缆铺设装置具有在线缆铺设操作期间可以变化的流体需求，并且需要精确的流体压力和/或流体流量供应。

为此目的，本发明的第一方面涉及一种用于将压缩流体供应到线缆铺设装置的自主式流体压缩机装置，该流体压缩机包括：

-流体压缩单元，该流体压缩单元被布置成压缩流体并包括排流阀，

-电动马达，该电动马达用于驱动流体压缩单元，

-可再充电电力单元，该可充电电力单元用于向电动马达供应电力；

-连接到排流阀的流体供应端口，该流体供应端口用于连接到线缆铺设装置以供应压缩流体，

其特征在于：

该流体压缩机包括：

-输入单元，该输入单元被布置成连接到线缆铺设装置，以接收指示来自线缆铺设装置的流体需求的流体需求信号，

-控制单元，该控制单元连接到输入单元，并且被布置成基于从输入单元接收的流体需求信号控制马达，使得流体压缩单元输送压缩流体，以满足来自线缆铺设装置的流体需求，

并且，形成供应端口和排流阀之间的流体路径的管子的容积小于15升，并且优选地小于10升。

根据上述实施例的流体压缩机具体被设计成与线缆铺设装置连接，并且可以从线缆铺设装置接收对特定流体压力或流体流量的要求。控制单元被设计成控制驱动流体压缩单元的马达(通常是电动马达)以设定特定速度，从而实现特定的功能点(压力/流量)，以满足来自线缆铺设装置的要求。换句话说，控制单元连接到马达，以便能够给予马达的任何特定旋转速度(即，设定在0rpm和马达的全速之间的任何速度)。此外，根据本发明的流体压缩机不包括任何储存压缩流体的槽。这允许压缩流体供应的快速响应，因为没有来自槽的削弱流体流动特性的惯性。

自主式流体压缩机形成单个设备。具体地，流体压缩单元、电动马达和可再充电电力单元都安装和/或附接到相同的框架/结构。操作者无需在机器的这些机构之间连接线材或管子。

这种压缩机通常用于在微型管道(例如：外径

/内径

)中铺设纤维，该微型管道需要有限的流量，并且在该微型管道中节能对自主性具有很大影响。

有利地，线缆铺设装置包括吹送室，并且其中，形成供应端口和排流阀之间的流体路径的管子的容积被最小化。

有利地，流体压缩单元呈现发动机尺寸，并且形成供应端口和排流阀之间的流体路径的管子的容积除以发动机尺寸的比值小于75，并且优选地小于50。利用这样的比值，中间管子(在流体压缩单元和吹送室之间)的容积受到限制，并且在吹送室位置处快速且有效地实现流量/压力的调节。发动机尺寸或发动机排量是发动机内所有可动部件的扫过容积。在往复式压缩机中，发动机尺寸或发动机排量是从上止点(top dead centre，TDC)到下止点(bottom dead centre，BDC)的单次运动中气缸内所有活塞的扫过容积。

有利地，控制单元被布置成控制马达的旋转速度。旋转速度易于且精确测量和控制。

有利地，马达被布置成测量马达的旋转速度和/或转矩并且向控制单元发送指示马达的旋转速度和/或转矩的反馈信号。

有利地，流体压缩机包括压力传感器，该压力传感器被布置成测量供应端口处的流体压力并且连接到控制单元以发送指示流体压力的压力信号。

有利地，流体压缩机包括流量传感器，该流量传感器被布置成测量供应端口处的流体流量并且连接到控制单元以发送指示供应端口处的流体流量的流量信号。

有利地，流体压缩单元为螺杆式压缩机或活塞式压缩机。

有利地，流体为气体，例如空气。

有利地，流体压缩单元被布置成在高达16巴的压力下提供直到在200升/分钟至300升/分钟范围内，例如250升/分钟(在大气压下测量的容积)的最大流量的气体流量。

有利地，流体为液体。

有利地，流体压缩单元包括进流口，以在进流压力下吸入流体。有利地，进流口处的流体不被加压。换句话说，进流口处的流体处于大气压。因此，压缩单元被布置成在大气压下吸入流体并且在严格大于进流压力的压力下在排流阀处输送流体。

更一般地说，流体压缩单元是单级压缩单元，在大气压下吸入流体并在工作压力下排出流体。通常在这种情况下，并且当流体是气体时，流体压缩单元在介于大约1巴至12巴之间的压力下输送流体。

更具体地，本发明的一个方面致力于一种自主式流体压缩机，该自主式流体压缩机具有在大气压力下的进流端口，进流端口直接连接到流体压缩单元。该方面不包括加压流体向流体压缩单元的供应。

有利地，流体压缩单元包括气缸盖，并且该气缸盖包括排流阀。有利地，流体压缩单元包括进流阀，并且气缸盖包括该进流阀。

更一般地说，排流阀直接布置在流体压缩单元的下游，并且进流阀直接布置在流体压缩单元的上游。

本发明的第二方面涉及一种用于将细长元件铺设到管道中的线缆铺设设备，该线缆铺设设备包括根据本发明的第一方面的流体压缩机和线缆铺设装置，该线缆铺设装置具有与流体压缩机连接的压力室或吹送室。

有利地，流体压缩机直接连接到压力室或吹送室。换句话说，在流体压缩机(特别是该流体压缩机的流体压缩单元)与压力室或吹送室之间没有阀。

有利地，线缆铺设设备包括监控单元，该监控单元被布置成接收指示马达的旋转速度的反馈信号，和/或指示流体压力的压力信号，和/或指示流体流量的流量信号，并且被布置成计算施加在细长元件上的推力。

有利地，流体为气体，并且线缆铺设设备包括流体冷却单元，例如空气冷却器。

有利地，流体冷却单元布置在流体压缩单元的下游。流体冷却单元可以集成到流体压缩机中。

有利地，流体冷却单元布置在流体压缩机和压力室或吹送室之间。

流体冷却单元可以为空气-空气交换器或液体-空气交换器。有利地，流体冷却单元的内部容积小于15升，并且优选地小于10升。有利地，流体冷却单元的内部容积除以发动机尺寸为小于75，并且优选地小于50。流体冷却单元的内部容积可以定义为所有管子加上热交换器的内部容积，该热交换器位于流体压缩单元的排流阀与压力室或吹送室的入口之间。

有利地，自主式流体压缩机和/或线缆铺设设备没有流体槽。由于电动马达是基于流体需求被驱动的，因此无需在任何槽中存储压缩流体，使得设备更轻便、更简单，并且避免了能量损失(因为只有所需的流量/压力被供应到吹送室)。具体地，在开始线缆铺设操作之前，没有对槽加压(或将加压源与机器相连接)的初始阶段。因为一旦流体压缩单元运行，自主式流体压缩机就会供应加压流体，因此线缆铺设操作立即开始。

必须注意的是，根据本发明的机器被设计用在工业条件下，其中铺设操作可能不停止地持续超过一小时、长达三小时或四小时(重要的是在沿管道引入线缆期间从不停止线缆移动)。换句话说，自主式流体压缩机和/或线缆铺设设备被设计成在长时间内连续不断地运行。相应地设计了可再充电电力单元、流体压缩单元、轴承。

附图说明

本发明的其他特征和优点将从以下对通过附图示出的本发明的特定非限制性示例的详细描述中更加清楚地显现，在附图中：

-图1表示根据本发明的包括气体压缩机的线缆铺设设备的透视图；

-图2表示图1的线缆铺设设备的功能示意图。

具体实施方式

图1表示用于将细长元件200铺设到管道250中(在图2中示出)的线缆铺设设备100。为此目的，线缆铺设设备100包括卷轴40和线缆铺设装置32，该卷轴40存储细长元件200，该线缆铺设装置32具有空气引入室30(也称为压力室或吹送室)，该空气引入室30用于连接到管道250以将细长元件喷射或吹入到管道250中。执行这种操作的合乎需要的流体为气体，特别是空气。

喷射操作是一种沿管道250安装相当长的细长元件的有效方法。通常，细长元件为光纤或光纤束，并且管道为例如铺设在地面中或建筑物中的、位于两个连接箱体之间的管子。

如图2所示，线缆铺设设备100包括自主式气体压缩机1，该自主式气体压缩机1包括：

-气体压缩单元10，该气体压缩单元10布置成压缩气体并包括排流阀，

-电动马达12，该电动马达12用于驱动气体压缩单元10，

-可再充电电力单元20，例如电池，该可再充电电力单元20用于向压缩机的电动马达和吹送装置的电动马达供电；

-气体供应端口14，该气体供应端口14连接到排流阀、连接到线缆铺设装置32的吹送室30，以通过管子13供应压缩气体，

-输入单元15，该输入单元15连接到线缆铺设装置，以接收指示来自线缆铺设装置的气体需求的气体需求信号，

-控制单元16，该控制单元16连接到输入单元15并且布置成基于从输入单元15接收的气体需求信号来控制马达12，使得气体压缩单元10输送压缩气体，以满足来自线缆铺设装置的气体需求。气体压缩单元10连接到由栅格11防护的外部入口端口(如图1可见)。

此外，自主式气体压缩机包括充电器25，该充电器25连接到电网，以便在需要时对可再充电电力单元20进行充电。因此，自主式气体压缩机可以用在没有电力供应的一些地方，例如在建造中的建筑物，或者还没有连接电力的工作场所，在这些地方或工作场所中需要光纤安装。为了改善使用，提供了手柄110，使得操作者可以容易地运输和移动整个电线铺设设备100。

如图2所示，在使用期间，气体压缩单元10向吹送室30提供压缩气体，以将细长元件200(例如光纤)喷射到管道250中。细长元件200卷绕在卷轴40上，该细长元件200在喷射操作期间解卷绕。管子13通过气体供应端口14将气体压缩单元10连接到吹送室30。

靠近吹送室30或集成到吹送室30布置有传感器单元17，该传感器单元17包括压力传感器和/或流量传感器，压力传感器和/或流量传感器分别布置成测量进入吹送室30的气体压力和供应到吹送室30的气体流量。此外，传感器单元17可包括屈曲传感器，以测量细长元件200在吹送室30的入口处是否发生屈曲。还此外，传感器单元17可包括速度传感器，以测量细长元件200的引入速度。

所有这些传感器都连接到自主式气体压缩机1的输入单元15，以便限定气体供应需求。作为反应，控制单元16可以控制电动马达12，以调节电动马达12的旋转速度。因此，气体压缩单元10通过管子13供应合乎需要的压缩气体流量/压力，以便获得适当的喷射条件。

因此，自主式气体压缩机1能够在气体压缩单元10和吹送室30之间没有任何调节阀的情况下调节气体流量/压力。也没有气体槽，因此最小化了铺设细长元件200所需的能量(不需要首先对气体槽加压，没有由于使槽排气以降低压力而引起的损失)。

作为示例，如果传感器单元17中的屈曲传感器检测到屈曲(细长元件的位置偏离细长元件的直线位置)，则输入单元15将从屈曲传感器接收信号，并且控制单元16将至少使旋转速度增加，以便增加穿过管子13供应的气体的流量/压力，从而增加拖拽力以移动细长元件并避免进入管道250的细长元件200的任何缠结弯曲。

为了有效地控制细长元件200的铺设，重要的是使线缆铺设设备的惯性最小化，并且一个参数是气体压缩单元10和吹送室30之间的中间管子的容积。本发明的目的在于限制该容积(主要是图2的管子13的容积，但可包括其他元件的容积)，并且特别地，这种容积限制为最大10升(在大气压下或用液体测量的)。

气体压缩单元10通常为活塞式或往复式压缩机并且可以呈现大约200cm³的发动机尺寸(发动机尺寸或发动机排量为在一个循环期间活塞的扫过容积)。优选地，中间管子的容积除以发动机尺寸的比值最大为75，并且在给出的示例中，该比值为小于或等于大约50(10升除以0.2升)。

电动马达12被选择为能够由控制单元16以不同的速度驱动并且能够将指示电动马达12的旋转速度的信号发送回控制单元16。作为示例，电动马达12可以为同步或异步马达，或无刷马达。

当然，利用具有低惯性的流体压缩机尽可能快地调节气体流量是本发明的目的，但是如果例如检测到屈曲并且作为反应而增加气体流量，则可能需要一定的时间才能沿整个管道建立新的流量，如此使得控制单元可以指示等待直到规定时间以进一步改变压力或流量条件。具体地，该等待时间可以考虑管道的容积(管道的长度和内直径、细长元件的直径和已经引入的长度等)和气体压缩机的流量来计算。在某些情况下，新的流量条件可能需要数分钟才能建立并且保持不变。

当然可以理解，对于本领域技术人员来说，可以实施明显的改进和/或修改，由于本发明的范围由所附权利要求限定，因此这些改进和/或修改仍然在本发明的范围内。

Claims (14)

1.用于将压缩流体供应到线缆铺设装置的自主式流体压缩机，所述自主式流体压缩机包括：

-流体压缩单元，所述流体压缩单元被布置成压缩流体并包括排流阀，

-电动马达，所述电动马达用于驱动所述流体压缩单元，

-可再充电电力单元，所述可再充电电力单元向所述电动马达供应电力；

-连接到所述排流阀的流体供应端口，所述流体供应端口用于连接到所述线缆铺设装置以供应压缩流体，

其特征在于：

所述自主式流体压缩机包括：

-输入单元，所述输入单元被布置成连接到所述线缆铺设装置，以接收指示来自所述线缆铺设装置的流体需求的流体需求信号，

-控制单元，所述控制单元连接到所述输入单元并且布置成基于从所述输入单元接收的所述流体需求信号来控制所述电动马达，使得所述流体压缩单元输送压缩流体，以满足来自所述线缆铺设装置的流体需求，

并且，形成所述流体供应端口和所述排流阀之间的流体路径的管子的容积小于15升。

2.根据权利要求1所述的自主式流体压缩机，其中，所述流体压缩单元呈现发动机尺寸，并且其中，形成所述流体供应端口和所述排流阀之间的流体路径的管子的容积除以所述发动机尺寸后所得的比值小于75。

3.根据权利要求1或2所述的自主式流体压缩机，其中，所述控制单元被布置成控制所述电动马达的旋转速度。

4.根据权利要求1或2所述的自主式流体压缩机，其中，所述电动马达被布置成测量所述电动马达的旋转速度和/或转矩并且向所述控制单元发送指示所述电动马达的旋转速度的反馈信号。

5.根据权利要求1或2所述的自主式流体压缩机，所述自主式流体压缩机包括压力传感器，所述压力传感器被布置成测量所述流体供应端口处的流体压力并且连接到所述控制单元以发送指示所述流体压力的压力信号。

6.根据权利要求1或2所述的自主式流体压缩机，所述自主式流体压缩机包括流量传感器，所述流量传感器被布置成测量所述流体供应端口处的流体流量并且连接到所述控制单元以发送指示所述流体供应端口处的流体流量的流量信号。

7.根据权利要求1或2所述的自主式流体压缩机，其中，所述流体压缩单元为螺杆式压缩机或活塞式压缩机。

8.根据权利要求1或2所述的自主式流体压缩机，其中，所述流体为气体。

9.根据权利要求1或2所述的自主式流体压缩机，其中所述流体是液体。

10.根据权利要求1所述的自主式流体压缩机，其中，形成所述流体供应端口和所述排流阀之间的流体路径的管子的容积小于10升。

11.根据权利要求2所述的自主式流体压缩机，其中，形成所述流体供应端口和所述排流阀之间的流体路径的管子的容积除以所述发动机尺寸后所得的比值小于50。

12.用于将细长元件铺设到管道中的线缆铺设设备，所述线缆铺设设备包括线缆铺设装置和根据权利要求1至11中任一项所述的自主式流体压缩机，所述线缆铺设装置具有连接到所述自主式流体压缩机的压力室。

13.根据权利要求12所述的线缆铺设设备，其中，所述自主式流体压缩机直接连接到所述压力室。

14.根据权利要求12或13所述的线缆铺设设备，所述线缆铺设设备包括监控单元，所述监控单元被布置为接收指示所述电动马达的旋转速度的反馈信号，和/或指示流体压力的压力信号，和/或指示流体流量的流量信号，并且被布置成计算施加在所述细长元件上的推力。

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