CN110998100A - 用于两个或更多个压缩机的防喘振速度控制 - Google Patents

用于两个或更多个压缩机的防喘振速度控制 Download PDF

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Abstract

本发明提供了用以控制在真空变压吸附过程中操作并由电动马达(4，5)直接驱动的离心式压缩机(4，5)的速度的方法和控制系统，以避免可能发生喘振的操作，电动马达继而由变频驱动器(12，13)控制，而随后在最高吸附压力和最低解吸压力的设定极限之间对真空变压过程进行操作。确定用于操作压缩机的最佳速度，在最佳速度下，压缩机将沿着其压缩机特性线图的峰值效率操作线操作。该速度在通过压缩机的流量或与流量有关的其他参数低于最小值时由反馈速度乘数调整，并且在排空和排空加吹扫步骤期间由前馈乘数调整，前馈乘数乘以反馈乘数以增加压缩机的速度，从而避免喘振。然后通过全局速度因子调整速度，全局速度因子用于在重复循环的所有步骤中调整马达的平均速度，使得过程在高压力极限和低压极限内操作。

Description

用于两个或更多个压缩机的防喘振速度控制
技术领域
本发明提供了用于控制在真空变压吸附设备内操作并由电动马达直接驱动的两个或更多个离心式压缩机的速度的方法和控制系统，以在设备的操作中优化压缩机的效率并避免压缩机进入喘振。更具体地讲，本发明涉及这样的方法和系统，其中在由真空变压吸附设备执行的重复循环的至少某些步骤期间使速度增加，在那些步骤中，压缩机可能遇到喘振，并且速度增加的量根据正在进行的步骤而变化。此外，本发明涉及这样的方法和系统，其中在由真空变压吸附设备执行的重复循环的所有步骤期间，使压缩机的相对速度增加或减小，以便设备内的压力不超过给定限度，并且使得设备中每个容器的压力遵循相同的重复模式以确保设备的稳定操作。
背景技术
在真空变压吸附过程中，使用一种或多种吸附剂来吸附进料流的一种或多种组分，从而产生经纯化的产物流。典型的过程根据重复循环具有一系列连续执行的步骤。在重复循环中，交替使用包含吸附剂的吸附床以产生纯化产物，然后进行再生。在再生期间，吸附的组分从吸附剂解吸，然后将吸附床恢复到可产生产物的条件。
在设计用于从进料空气中制备产物氧气的典型真空变压吸附过程中，吸附床经受在重复循环中进行的十步过程。为了获得最高的氧气回收，通常进行两床工艺。在第一步骤中，将第一床同时从底部排空并用从第二床递送的均衡气体从顶部加压。然后，将高纯度产物从氧气缓冲罐添加到床的顶部，而进料空气由进料压缩机(通常为罗茨型鼓风机)供应。在第三步骤中，通过鼓风机将床继续从底部加压。现在，床已准备好制备产物，并且进料空气被进料至容器的底部，在步骤4期间将产物从顶部移除。在步骤5中，将产物气体递送到氧气缓冲罐，并且将一些产物作为吹扫物回流到第二床。在生产完成后，在步骤6期间卸载鼓风机，并将剩余在加压床顶部的较低纯度气体作为均衡气体转移至第二床。在随后的排空步骤7、8和9中，在没有流量离开或进入容器顶部的同时，通过真空压缩机从容器的底部移除废氮气。在最后的步骤中，真空压缩机继续从容器底部移除氮气，同时将吹扫气体从第二床添加到容器的顶部。由于氧气吹扫流量被控制为等于排空流量的事实，在该步骤期间压力保持相对恒定。
如U.S.7,785,405中所公开，由直接驱动式高速永磁马达直接驱动的离心式压缩机已有利地用于真空变压吸附过程中。此类马达的使用允许变速操作，使得压缩机和高速永磁马达组合可根据过程的需要从低速加速至高速并且迅速地从高速减速至低速。已发现，这提供了与由常规电感马达/齿轮箱系统驱动的离心式压缩机的使用相比的重大改进，离心式压缩机由于电感马达的高惯性而不能快速地加速和减速。通过连续改变压缩机速度以匹配因加压和排空吸附床而变化的压缩机的压力比要求，在这样的循环中使用的离心式压缩机可在其峰值效率附近并且优选地以其峰值效率从100％的设计速度或更高的速度到大幅降低的速度(通常低至设计速度的30％)进行操作。
压缩机被设计成在操作包络内操作，该操作包络可绘制在被称为出口压力与入口压力之间的压力比与通过压缩机的流量的压缩机特性线图中。在这样的曲线图上，绘制峰值或最佳效率操作线，其中对于给定的流量和压力比而言，压缩机的能量消耗为最小。该压缩机特性线图可被编程在控制器内，该控制器用于控制马达的速度，并由此控制压缩机的速度。根据真空变压吸附过程中的将需要离心式压缩机上的特定压力比的特定步骤，控制器将与由压缩机特性线图确定的最佳速度相关的信号发送到控制高速永磁马达速度的变速驱动器。
然而，存在可能导致压缩机离开峰值效率操作线并进入喘振状况的情况。例如，可能存在控制系统中的滞后、过程中的由真空变压吸附设备进行的过渡步骤、环境条件中的变化，以及离开最低速度线的过渡。在所有此类情况下，对于给定的速度和压力比，被压缩的质量流可下降，以驱动压缩机进入喘振。因此，喘振事件由通过压缩机的流量下降到低于在压缩机叶轮的给定速度下所需的最小流量而产生，该最小流量是维持稳定操作所需的。在喘振事件中，压缩机产生的压头压力降低，从而导致在压缩机排出口处的反向压力梯度，并导致气体回流。一旦压缩机排放管线中的压力降至低于叶轮所产生的压力，流动便再次反向。已发现这种交替流动模式是不稳定的状况，它会导致压缩机叶轮、驱动机构和部件的严重损坏。必须避免这种状况。
在真空变压吸附设备中采用的重复循环中，在高速下可发生喘振的压缩的操作条件将是最关键的。另外，在排空和吹扫步骤期间，尤其是在吹扫与排空步骤之间的过渡期间，可能发生喘振。如将讨论的，本发明提供了速度控制，该速度控制被特别设计成在低速操作期间以及在排空及吹扫步骤和此类步骤之间的过渡期间避免喘振。
在由两个或更多个床构成的真空变压设备的操作的情况下，至关重要的是，对于设备中的每个容器，重复循环中每个步骤的时间依赖性压力迹线是相同的。对于设备中的每个容器，每个步骤的起始压力和结束压力必须相同。在本领域的技术人员中通常称为“平衡”的这种状况对于确保设备的生产保持稳定并且不超过循环中的最大压力和最小压力是必要的，因为这样的过度可能损坏相关联的压缩涡轮机械。此外，每个步骤的持续时间必须相同。在本领域的技术人员中通常称为“对称性”的这种状况对于确保每个容器的压力循环保持与彼此相同程度的异相是必要的。如果不满足该状况，则该过程可能进入未按设计进料或生产产物的状态，这会中断设备的连续生产。
对于通常用于从空气中产生氧气的真空变压吸附过程，对循环中的时间依赖性压力迹线的控制部分地由该过程的两个顶部总管阀控制，这对于大多数变压吸附过程是典型的。另外，对于用变速压缩机从空气中产生氧气的真空变压设备的操作，循环步骤中的压力迹线受到相关联的变速压缩设备的操作的非常强烈的影响。这是涡轮机械的特性操作包络的结果，其中通过机器的流量不仅取决于机器上的压力比，而且还取决于机器旋转速度。
因此，在由直接驱动永磁马达驱动的变速压缩机的操作中，必须以小增量从一个循环到下一个循环调整压缩机速度，使得不超过过程中的某些压力限制，并且使得压缩机从一个操作循环到下一个操作循环不会逐渐增加或减小每个容器中的循环平均压力。与每个容器中连续、相同的压力变化循环的稳定操作状况的偏差的结果可能是对压缩机的损坏，包括来自喘振事件的损坏。此外，确保每个容器中的稳定且相同的压力变化循环确保了来自真空变压设备的产量最大化。
发明内容
本发明提供了控制在真空变压吸附设备内操作的两个或更多个离心式压缩机的速度的方法。离心式压缩机由通过变频驱动器控制的电动马达直接驱动。就这一点而言，如本文和权利要求中所用，术语“电动马达”是指高速永磁马达或高速电感马达。结合这样的方法，测量和计算与进入离心式压缩机的气体的流量相关的参数。还测量和计算压缩机的出口压力与入口压力的压力比。基于该压力比来确定离心式压缩机的沿着离心式压缩机的峰值效率操作线的最佳速度。另外，还确定了离心式压缩机在最佳速度下可能进入喘振状况的参数的最小允许值。确定反馈乘数，该反馈乘数在乘以最佳速度时，当参数小于最小允许值时，将增加速度；或者当参数大于或等于最小允许值时，将降低速度。然后将总体全局速度因子(“GSF”)应用于马达速度，这将压缩机的操作略微偏离用于重复循环期间的所有步骤的最佳速度线，使得在每次加压和减压结束时，容器中的压力分别等于该过程的目标最高吸附压力设定点和最低解吸压力设定点。GSF通常是最佳速度线的+/-5％；在另一个实施方案中，是最佳速度线的+/-3％，并且在又一个实施方案中，是最佳速度线的+/-2％。该“目标最高吸附压力设定点”是在床正在产生气体产物的步骤期间在吸附床中达到的最大压力的期望值。“最低解吸压力设定点”是在床正在真空变压过程中再生的步骤期间在吸附床中达到的最小压力的期望值。这样，循环吸附过程的时间依赖性压力迹线在所有循环步骤中保持在期望的最高和最低操作压力内，从而防止由压缩机上高于期望的压力比所引起的喘振事件。
在由真空变压吸附设备执行的重复循环的其中离心式压缩机至少可能遇到喘振状况的步骤期间，其纯排空步骤及排空加产物吹扫步骤除外，总速度乘数被设定为等于反馈乘数乘以全局速度因子。在纯排空步骤和排空加产物吹扫步骤期间，通过将反馈乘数和全局速度因子乘以前馈乘数来计算总速度乘数，该前馈乘数将在排空步骤和排空加吹扫步骤期间增加速度，使得离心式压缩机不太可能进入喘振状况。在此时间通过将最佳速度乘以总速度乘数来计算调整速度。产生至少与调整速度有关的控制信号并将其输入到变频驱动器中，使得电动马达以及因此离心式压缩机在调整速度下操作。应当注意的是，如本文和权利要求中所用，术语“纯排空步骤”意指真空变压吸附过程的步骤，其中从吸附床的底部排空吸附床，并且设置阀以使得不将气体引入吸附床中或从吸附床的顶部释放。此外，如本文和权利要求中所用，术语“排空加产物吹扫步骤”意指真空变压吸附过程的步骤，其中吸附床在吸附床的底部处经受排空并且将产物气体(例如氧气)引入到床的顶部中。
如上所讨论并且在权利要求书中阐述的防喘振速度控制方法和系统同样适用于这样的设备，其中单个压缩机用于将压缩气体进料至吸附床并在其再生期间排空吸附床，或将进料压缩机用于将压缩气体进料至设备的吸附床，并且排空压缩机用于从吸附床排空气体。就这一点而言，在使用排空压缩机的情况下，它将是利用上述防喘振控制策略的离心式压缩机。进料压缩机在此类设备中可以不是离心式压缩机，并且因此将不经受这样的防喘振控制。如将讨论的，在进料压缩机为离心式压缩机的情况下，防喘振速度控制元件可用于其控制。
应当理解，一般来讲，本发明设想将总速度乘数设置为等于反馈乘数乘以全局速度因子，其中离心式压缩机至少可能遇到喘振状况，纯排空步骤以及排空加产物吹扫步骤除外。本发明具体地设想，在不太可能遇到喘振状况的重复循环内的点处，输入到变频驱动器中的控制信号将具有从电动马达移除电力的效果。就这一点而言，真空变压吸附过程可使用单个压缩机来将压缩气体进料至吸附床和另一个单个压缩机以从吸附床中排空气体。在这样的情况下，重复循环可包括在排空加产物吹扫步骤之后的进料加均衡步骤，在进料加均衡步骤之后的进料加产物再加压步骤，以及在纯排空步骤之前的均衡步骤。在进料加均衡步骤、均衡步骤以及进料加产物再加压步骤的起始期间，控制信号与非操作速度有关，使得当将控制信号输入到变频驱动器中时，电力不被施加到电动马达。然而，当在进料加产物再加压步骤期间获得压缩机上的预定的压力升高值时，控制信号再次与调整速度有关，使得电动马达以及因此压缩机在调整速度下操作。然而，应当注意的是，本发明还设想并打算在所附权利要求内涵盖这样的实施方案，其中在重复循环的步骤中，纯排空步骤和排空加产物吹扫步骤除外，总速度乘数总是被设置为等于反馈乘数乘以全局速度因子，并且控制信号总是与调整速度有关。此外，在使用专用进料和排空压缩机的多吸附床设备中，重复循环可包括排空加产物吹扫步骤之后的下降压力均衡步骤和上升压力均衡步骤。在下降压力均衡步骤和上升压力均衡步骤期间，控制信号与非操作速度有关，使得电力不被施加到驱动排空压缩机的电动马达。当在下降压力均衡步骤期间获得预定压力比时，再次设置与调整速度有关的控制信号，使得排空压缩机在调整速度下操作。
每当确定反馈乘数时，可存储反馈乘数。当参数小于最小允许值时，通过将反馈乘数的最后存储值与速度校正因子相加来确定反馈乘数。当参数大于或等于最小允许值时，通过将反馈乘数的最后存储值除以比例常数来计算反馈速度乘数。当反馈乘数的最后存储值大于或等于1.0时，比例常数被设置为等于大于1.0的值，或者当反馈乘数的最后存储值小于1.0时，比例常数被设置为1.0。
前馈乘数可以是压力比的函数。该函数在预定压力比下可具有前馈乘数的最大值，在该压力比下或正好在该压力比之前，离心式压缩机在排空步骤和吹扫步骤之间的过渡期间将可能进入喘振状况。在大于或小于最大值的压力比下，该函数将具有减小的前馈乘数的值。最大值具有预选的量值，使得当最大值乘以预定压力比下的最佳速度时，所得速度将防止离心式压缩机进入喘振状况。函数可以是高斯函数。
通过每个离心式压缩机的流体流的参数或流量可通过测量在离心式压缩机的护罩中依次更靠近其叶轮的两个点处测得的压力差来计算。离心式压缩机的叶轮的护罩或固定外壳具有最小直径。该最小直径可类似于孔板使用，以计算通过压缩机的流量。通过测量在最小直径的上游和下游的螺纹孔上的流体压力差，可从已知的孔板方程获得流量。在时间间隔中的每个时间间隔期间，通过从压力差的当前值中减去最小允许值来计算并存储压力差误差。反馈乘数的速度校正因子在时间间隔中的每个时间间隔期间通过比例积分控制来计算，该比例积分控制包括将比例项与积分项相加，该比例项通过将增益因子乘以压力差误差和在先前时间间隔中计算的先前压力差误差之间的差值并将差值除以时间间隔来计算。积分项通过将增益因子除以积分重置时间并将其所得商乘以压力差误差来计算。通过每个离心式压缩机的流体流的参数或流量可使用其他直接流量测量方式来测量，诸如基于可变面积效应的转子流量计或基于叶轮旋转的流量计。另选地，也可使用其他间接流量测量方式来计算参数，诸如在位于穿过每个离心式压缩机的流体流内的文丘里管上或在流体流的滑流上的压力测量，或使用皮托管来测量其流体流内的压力。
在将反馈乘数和前馈乘数相加以确保压缩机远离喘振极限的安全操作之后，向机器施加全局速度因子(GSF)调整，以确保循环真空变压设备在期望的压力极限之间的操作。GSF的目的是双重的：首先，确保在设备的容器中不达到过高或过低的压力，这将在不能再提高其速度的压缩机中引起喘振事件，其次，确保从一个操作循环到下一个操作循环，在每个容器的循环的每个步骤中实现相同的循环压力迹线。为了确保该过程的容器达到稳定的压力迹线，并且它们的平均压力不会升高或下降到相关联压缩机的不安全操作状况，需要连续调整到容器的总流量以响应设备的其他设备中的过程波动和变化的环境状况。通过在循环期间略微向上或向下调整压缩机的目标速度，可随着每次重复过程循环来略微修改通过每个压缩机的流量，以确保实现循环吸附过程中的稳定性、平衡和对称性。
GSF基于与来自设备的工艺容器的压力测量值相互作用的反馈控制回路来计算。对于为增加容器的压力而使用的压缩机，记录压力上升结束时容器的压力，并将其与目标值进行比较，该目标值为目标最高吸附压力设定点。如果测量结果超过目标，则在当前循环中向容器供应过多的流量，并且在下一个循环中减少GSF。同样，对于在循环中降低容器的压力的压缩机，记录在下降压力结束时容器的压力并将其与目标值进行比较。如果测量结果超过目标，则在当前循环期间没有移除足够的流量，并且在下一个循环中增加GSF。
由于施加GSF以调整压缩机在循环中的每个步骤中的速度，因此它有效地降低或增加了在该过程期间在速度上不断变化的压缩机的平均速度。通过在设备的容器中使用压力测量作为反馈来控制GSF的值，进入和离开每个容器的气体的平均量从一个循环到下一个循环连续变化，以确保在真空变压过程中实现的循环压力迹线在限制范围内并且在多个循环中稳定。
在本发明的一些实施方案中，可能有利的是，将与给定压缩机的速度相关联的相同GSF分配到过程中的每个容器。在这种情况下，设备的每个压缩机将存在一个GSF。在其他实施方案中，使用与每个压缩机和容器对相关联的不同GSF可能更有利。对于由两个不同的压缩机驱动的双容器变压过程的示例，在这种情况下将存在四种不同的GSF。当本发明的实施方案应用于使用VPSA工艺从空气中产生氧气时，后一种情况是有利的，因为从一个容器到另一个容器的吸附剂的氮容量之间通常存在变化。因此，在机器容器对流体连接的所有操作步骤中改变每个机器容器对的速度可确保在该过程中保持平衡标准。
本发明还提供了控制系统，其用于控制在真空变压吸附设备内操作并且由变频驱动器所控制的电动马达直接驱动的离心式压缩机的速度。控制系统设置有用于感测与进入离心式压缩机的气体的流量有关的参数的装置。压力传感器被定位成感测离心式压缩机的入口和出口处的压力。此外，控制系统设置有用于感测真空变压设备的相关联容器的压力的装置。
提供了控制器，该控制器对参数感测装置、压力传感器和由真空变压吸附设备执行的重复循环的步骤作出响应。控制器具有控制程序，该控制程序被编程为计算离心式压缩机的出口与入口的压力的压力比。控制程序还基于压力比来确定离心式压缩机的沿着离心式压缩机的峰值效率操作线的最佳速度。离心式压缩机可能在最佳速度下进入喘振状况的参数的最小允许值由控制器连同反馈乘数确定，该反馈乘数在乘以最佳速度时，当参数小于最小允许值时将增加速度，或者当参数大于或等于最小允许值时将降低速度。在重复循环的其中离心式压缩机至少可能进入喘振状况的步骤期间，其纯排空步骤及排空加产物吹扫步骤除外，将总速度乘数设置为等于反馈乘数和全局速度因子的乘积。将总速度乘数设置为等于在纯排空步骤和排空加产物吹扫步骤期间的反馈乘数、前馈乘数和全局速度因子的数学乘积，这将增加速度，使得离心式压缩机不太可能进入喘振状况。对于设备中的每个容器，全局速度因子由进料结束时的先前最高吸附压力和吹扫步骤结束时的最低解吸压力确定，其中当所获得的最高吸附压力过低并且所获得的最低解吸压力过高时，全局速度因子将增加每个压缩机的所有步骤的速度。通过将最佳速度乘以总速度乘数来计算调整速度，该总速度乘数包括全局速度因子的效应。
控制器被配置为响应于控制程序生成控制信号并且能够充当到变频驱动器中的输入，使得响应于控制信号来控制电动马达以及因此离心式压缩机的速度。控制信号至少与调整速度有关，使得电动马达以及因此离心式压缩机在调整速度下操作。
如上所述，该系统适用于真空变压吸附设备，该真空变压吸附设备利用用于将压缩气体进料至真空变压吸附设备的吸附床的进料压缩机，以及用于从吸附床排空气体的排空压缩机。在这样的情况下，排空压缩机由离心式压缩机形成。另一个离心式压缩机可用于或可不用于形成进料压缩机。
真空变压吸附设备的进料可从单独的压缩机或从单个压缩机供应。更具体地讲，两个床可具有专用于进料的压缩机和专用于排空的另一个压缩机，或者每个床可具有专用于进料和排空的压缩机。在使用不止一个压缩机来驱动设备的此类情况下，重复循环可包括在排空加产物吹扫步骤之后的进料加均衡步骤，在进料加均衡步骤之后的进料加产物再加压步骤，以及在纯排空步骤之前的均衡步骤。控制程序可被编程以产生非操作速度，在该非操作速度下，变频驱动器将从电动马达移除电力，并且控制信号在由控制程序产生时与非操作速度有关。在进料加均衡步骤、均衡步骤以及进料加产物再加压步骤的起始期间，控制程序产生非操作速度，使得当将控制信号输入到变频驱动器中时，电力不被施加到电动马达。控制程序还被编程为使得当在进料加产物再加压步骤期间获得压力比的预定值时，控制信号再次与调整速度有关，使得电动马达以及因此压缩机在调整速度下操作。在使用专用排空压缩机的真空变压吸附设备的情况下，重复循环可包括排空加产物吹扫步骤之后的下降压力均衡步骤和上升压力均衡步骤。在这样的情况下，控制程序可被编程以产生非操作速度，在该非操作速度下，变频驱动器将从电动马达移除电力，并且控制信号在由控制程序产生时与非操作速度有关。在下降压力均衡步骤和上升压力均衡步骤期间，控制程序产生非操作速度，使得当将控制信号输入到变频驱动器中时，电力不会被施加到驱动排空压缩机的电动马达。控制程序也被编程为使得当在下降压力均衡步骤期间获得压力比的预定值时，控制信号再次与调整速度有关，使得电动马达以及因此排空压缩机在调整速度下操作。
控制程序可被编程为使得每当确定反馈乘数时，存储反馈乘数。根据这样的编程，当参数小于最小允许值时，通过将反馈乘数的最后存储值与速度校正因子相加来确定反馈乘数。当参数大于或等于最小允许值时，通过将反馈乘数的最后存储值除以比例常数来确定反馈速度乘数。当反馈乘数的最后存储值大于或等于1.0时，比例常数被设置为等于大于1.0的值，或者当反馈乘数的最后存储值小于1.0时，比例常数被设置为1.0。
控制程序也可被编程为使得前馈乘数是压力比的函数。这样的函数在预定压力比下具有前馈乘数的最大值，在该压力比下或正好在该压力比之前，离心式压缩机在排空步骤和吹扫步骤之间的过渡期间将可能进入喘振状况。在大于或小于最大值的压力比下，前馈乘数具有减小的前馈乘数的值。最大值具有预选的量值，使得当最大值乘以预定压力比下的最佳速度时，所得速度将防止离心式压缩机进入喘振状况。函数可以是高斯函数。
另外，控制程序可被编程为使得每当计算全局速度因子(GSF)时，存储GSF。每当来自该过程的容器压力测量值与目标值不同时，通过将GSF校正因子与GSF的最后存储值来确定GSF。GSF校正因子由两个项的和确定，第一项通过将当前循环和先前循环的目标值与当前值之间的差值乘以比例常数来获得，并且将该第一项与第二项相加，该第二项通过将当前循环的目标值与当前值之间的差值除以比例常数来获得。
GSF，新＝GSF，当前+K1(误差，当前-误差，先前)+K2(误差，当前)如果循环吸附过程的状况允许在整个过程期间沿着最佳效率线运行压缩机轮，同时相应地实现该过程的目标最高吸附和最低解吸压力，则GSF标称为1。
参数感测装置可包括位于离心式压缩机的护罩中的两个点处的两个另外的压力传感器，这两个点相继更靠近其叶轮。在这样的情况下，控制程序被编程为从由两个另外的压力传感器测得的压力计算压力差。该参数为压力差。在这样的情况下，控制程序可被编程为使得在时间间隔中的每个时间间隔期间，通过从压力差的当前值中减去最小允许值来计算并存储压力差误差。反馈乘数的速度校正因子在时间间隔中的每个时间间隔期间通过比例积分控制来计算，该比例积分控制包括将比例项与积分项相加。通过将增益因子乘以压力差误差和在先前时间间隔中计算的先前压力差误差之间的差值并将差值除以时间间隔来计算比例项。积分项可通过将增益因子除以积分重置时间并将其所得商乘以压力差误差来计算。
附图说明
虽然本说明书的结论是申请人视为他们的发明内容而清楚且特别地指出发明主题的权利要求，但相信本发明在结合附图考虑时将得到更好的理解，其中：
图1是利用专用进料和排空压缩机结合吸附床来进行根据本发明的过程的真空变压吸附设备的示意图；
图2为施加到用于驱动图1中所使用的进料压缩机的马达的速度和功率的示例性图；
图3为施加到用于驱动图1中所使用的真空压缩机的马达的速度和功率的示例性图；
图4为用于图1中所采用的控制器中的速度控制编程的逻辑图；
图5为压缩机特性线图的示例性曲线，示出了相对于压力比与通过压缩机的质量流作图的峰值效率操作线；
图6为用于图1中所采用的控制器的控制编程中的前馈速度乘数的高斯曲线。
具体实施方式
参考图1，示出了被设计成产生氧气产物的真空变压吸附设备1。尽管真空变压吸附设备1为两床设计，但应当理解，这是出于说明的目的，并且本发明对于使用被设计成加压和排空一个或多个吸附床的单个或多个压缩机的单床或多床设计具有同等的适用性。此外，本发明同样适用于被设计成生产其他产物(诸如二氧化碳、氮气、氢气或氦气)的真空变压吸附设备。因此，本文仅出于示例性目而示出和描述了真空变压吸附设备1。
参考图1，示出了用于进行真空变压吸附循环的设备1，其中两个吸附床2和3经受十二步真空变压吸附循环，其中在这样的循环期间进料压缩机4交替地将压缩空气进料至两个吸附床2和3，并且排空压缩机5交替地排空吸附床2和3的气体。进料空气通过入口6吸入，该入口包含过滤器以滤出颗粒。所得空气流由具有后冷却器7的压缩机4吸入以移除压缩热。将所得的压缩进料流引入到包含熟知LiX吸附剂的任一吸附床中以产生氧气产物，该氧气产物被引入氧气缓冲罐8中，产物氧气流9可从该氧气缓冲罐中抽吸。排空压缩机5从吸附床抽吸废物流并排放到环境。进料压缩机4和排空压缩机5分别由变速驱动器12和13控制的变速马达10和11驱动。变速马达10和11可为永磁马达或电感马达。变速驱动器12和13控制马达的速度并且响应于由控制器14产生的经调整的速度信号。控制器14生成经调整的速度信号，并且继而响应于由压力传感器P1、P2和PS(由参考标号15、16和17指定)结合进料压缩机4以及压力传感器P’1、P’2和P’S(由参考标号18、19和20指定)结合排空压缩机5生成的信号。为了简化对结合设备1采用的真空变压吸附循环的解释，未示出前述压力传感器与控制器14之间的电连接。就这一点而言，控制器14还响应于向控制器14指示真空变压吸附循环的步骤的信号21。
如将讨论的，控制器14的编程关于图1所示的本发明的实施方案，其中进料压缩机4和排空压缩机5的进料和排空负荷分别为专用的。设备1中采用的真空变压吸附循环是美国专利No.6,010,555中公开的真空变压吸附循环，并且涵盖其中吸附床2联机并且生产产物和吸附床3脱机并且正在再生的操作。在循环之后，使吸附床2脱机并再生，同时吸附床3联机并生产产物。还应当注意的是，除非另外指明，否则图1所示的阀被设置在正常闭合位置。
以下是指示循环中的每个步骤期间的阀位置的表，其中“O”表示打开的阀，“C”表示闭合的阀，并且“P”表示部分打开的阀。
表XX
步骤
Figure BDA0002384403460000121
Figure BDA0002384403460000131
首先参见图2，其包含涉及吸附床2的再加压的进料步骤，在第一步骤中，吸附床3经受进料加均衡步骤(“FD，EU”)，其中过滤空气被抽吸穿过入口6并由进料压缩机4压缩以用进料空气从底部对吸附床2进行加压。同时，均衡气体从减压吸附床3递送。出于此类目的，阀23和27设置在打开位置，并且阀28设置在部分打开位置。在步骤2(进料加产物加压步骤(“FD，PP”))中，阀28被闭合并且阀29被设置在部分打开位置，以允许从氧气缓冲罐8供应高纯度产物。在后续步骤3中，吸附床2继续从具有压缩进料空气的底部再加压至升高压力进料步骤(“FD”)。此时，阀23保持打开。转到图2，可以看出，在步骤1中，由于来自最终步骤的减速，进料压缩机4的速度下降。在步骤2中，速度首先减小，然后随着吸附床2的压力升至操作压力而增加，并且在步骤3中，随着吸附床2被进一步加压，速度正在增加。在步骤4和5期间，正在制备产物并将其递送到氧气缓冲罐8。在步骤4(恒定压力进料加产物制造步骤(“FD，AD”))中，阀23、27和29全部设置在打开位置。在步骤5(组合的产物制造和吹扫步骤(“FD，AD，PPG”))中，将阀28另外设置在打开位置，以允许用产物从顶部吹扫吸附容器3。在步骤6(均衡步骤(“ED”))中，移除给进料压缩机4的功率，并且如图2所示，压缩机4因此减速。此时，阀23和29设置在闭合位置，并且阀28被设置在打开位置以允许积聚的产物气体流向吸附床3。
参考图3，然后在步骤7中利用下降压力排空和均衡步骤(“ED，EV”)再生吸附床2。在该步骤期间，阀22被设置在打开位置，以允许通过排空压缩机5的作用从吸附床2移除废氮气。另外，阀27被设置在部分打开位置，并且出于此类目的，阀28被设置在完全打开位置。阀25被设置在打开位置以允许吸附床3从进料压缩机4进料压缩空气。在纯排空步骤8、9和10期间，通过排空压缩机5将阀27重新设置到闭合位置中，并且废氮气继续从吸附床2的底部抽出。这些都是纯排空步骤(“EV”)，其中吸附床内的压力下降。在后续步骤11(恒定压力排空加产物吹扫步骤(“EV，PG”))中，吸附床2继续由排空压缩机5排空，同时通过将阀27设置在部分打开位置来从顶部进料氧气吹扫气体。然后，进行步骤12，其为升高压力均衡步骤(“EV，EU”)。在该最终步骤期间，吸附床2继续被排空压缩机5排空，同时阀27现在被设置在完全打开位置。阀26被设置在打开位置以允许由进料压缩机4产生的上游压力排出。压力上升是因为均衡气体的流量大于和处于比由排空压缩机5抽吸的气体更高的压力。再次参考图3，可以看出，在步骤7至10期间，排空压缩机5的速度增加。在步骤11期间，速度是恒定的，并且在步骤12期间，随着排空压缩机5断电，速度下降。然后，使吸附床2经受步骤1，并且循环重复。如前所述，通过使用进料压缩机4和排空压缩机5，使吸附床3经受相同的进料和排空步骤。在排空步骤7-12期间，使吸附床3经受上文对于吸附床2所述的进料压缩步骤。在此类步骤期间，阀位置如上表所示。
尽管未示出，但阀将由可编程逻辑控制器控制，该可编程逻辑控制器将被编程为基于压力和时间逐步地进行。由于吸附过程中循环对称的常规设计约束，用于吸附床的排空和加压的时间步骤在过程中的每个半循环内通常持续时间固定并且等效。因此，步骤1和7具有等效长度，并且步骤2和8具有等效长度，依此类推。在循环中压力变化的步骤的持续时间从一个循环到下一个循环通常是恒定的，这有利于形成稳定和重复的压力迹线，从而实现最佳操作。然而，其中压力没有显著变化的步骤(例如，吸附期间的步骤4和5以及排空期间的步骤10和11)的持续时间从一个循环到下一循环的持续时间可改变。主要地，可通过调整这些步骤的持续时间来操纵每个床的生产程度，并且因此可以以该方式控制纯度。如果这样的步骤在其设计持续时间之前结束，则循环吸附过程简单地移至循环中的下一个步骤。此外，并且最重要的是，对于本发明的概念，如果吸附过程在床中达到期望操作范围之外的压力，则可结束这些步骤。该操作范围介于最高吸附压力和最低解吸压力之间。再次参见图1，使用分别由参考标号30和31指定的压力传感器P3和P4来测量这些最高吸附压力和最低解吸压力。在循环中的步骤1至6期间，吸附床2的压力升高，直至达到其最高吸附压力，如通过压力传感器30所测量的。同时，在循环中的步骤7至12期间，吸附床3的压力下降，直至达到其最低解吸压力，如通过压力传感器31所测量的。吸附床2和3然后在循环中交换操作模式，并且测量最高吸附压力的任务由传感器31完成，同时测量最低解吸压力的任务由传感器30完成。在其设计持续时间之前结束步骤4、5、10或11可用于防止过程达到没有喘振事件无法实现的相关联离心式压缩机的压力比。
控制器14可为用RSLogix 500软件或等同物编程的Allen Bradley SLC 5/05处理器，该软件或等同物可得自位于美国威斯康星州密尔沃基(Milwaukee，Wisconsin，USA)的罗克韦尔自动化公司(Rockwell Automation)。控制器14内的程序在预定的重复时间间隔期间持续执行。控制器14响应于由压力传感器15、16、17、18、19和20以及优选温度传感器32生成，并且通过合适电连接传输的信号，该合适电连接从图中省略，意图是简化对结合真空变压过程使用的设备1的说明。另外，提供了数据输入21，其用作到控制器14的输入，该输入包含由真空变压吸附设备1进行重复循环的实际当前步骤。关于当前步骤的该数据用作到控制程序的输入，该输入以待讨论的方式响应于此类数据。数据输入21可从控制器获得，该控制器用于控制由真空变压吸附设备1执行的重复循环中的阀。
尽管迄今已参考两床真空变压吸附过程描述了本发明，但其同样适用于单床过程。如本领域的技术人员将会知道的，在进行单床过程的情况下，在将均衡气体从一个吸附床排出并引入到另一个吸附床中的地方，可利用回收罐。由于生产将是不连续的，因此氧气喘振18的体积将大于与图示的两床设备和过程一起使用的体积。
参考图4，通过控制程序在控制器14内对控制逻辑进行编程。作为编程的第一阶段，如逻辑框33所示，马达10和11连同由上文相对于阀的定位所述的真空变压吸附设备1执行的重复循环一起启动。在启动马达10和11时，它们被设置成以构成设计最大速度的40％的最小速度运行。在该速度以上，开始将附加功率施加到马达。变频驱动器12和13响应于由控制器14生成的控制信号来控制永磁马达10和11以在调整速度下运行，这将避免喘振或切断高速永磁马达10和11的功率，从而允许永久磁马达10和11以及因此压缩机4和5在重复循环中在需要时减速。
在第一步骤33之后，控制器随后在预定的重复时间间隔内开始连续执行，这些时间间隔各自优选地小于1毫秒。在步骤34中，在压缩机4和5的护罩处在相继更靠近叶轮定位的两个点或位置处或在分别由压力传感器16和17以及分别由压力传感器19和20测量的点处计算出压力差“dP”。在分别由压力传感器16和17以及分别由压力传感器19和20测得的压力之间的该压力差提供了与分别通过压缩机4或5的流量有关的参数。就这一点而言，流量可由流量传感器直接测量。在由参考标号35指定的下一个逻辑执行阶段，基于分别由压力传感器16和15或分别由压力传感器19和18测得的压力来计算压缩机上的压力比，或者换句话讲，压缩机4和5两者的出口和入口压力之间的比率，并将其存储。在压力比计算和存储之后，将当前压力比与步骤36中的先前值进行比较。
在逻辑框37中，从逻辑框34中计算的压力比来确定压缩机4和5的沿着峰值效率操作线的最佳速度。这由所使用的特定压缩机的压缩机性能数据来确定。参考图5，示出了此类数据的示例。该速度的精确确定可来自查找表或多项式方程，其中在图中称为“最佳效率线”的峰值效率操作线的点根据熟知的曲线拟合技术进行拟合。应当理解，该曲线将基于由温度传感器32测量的温度而略微改变。因此，将存在在控制程序内编程的构成此类曲线系列的数据。在温度位于中间点的情况下，精确速度可插置在曲线之间或者乘以等于测量温度与从中导出操作曲线的设计温度的比率的校正因子。另选地，可存在基于设备1操作的预期温度的单个曲线。在这样的情况下，不需要来自温度传感器32的温度输入。与峰值效率操作线相交的线是特定速度，在该特定速度下，压力比将随着通过压缩机的流量而变化。从曲线图中可以明显看出，在任何特定速度下，存在通过压缩机4和5的流量，在该流量下将发生喘振。
在执行步骤37中计算最佳速度之后，执行逻辑步骤38，其中确定真空变压吸附循环是在步骤1还是在步骤5的开始处，即在进料加均衡步骤还是在均衡步骤的开始处。该确定由数据输入21作出。如果在此类步骤开始时，则由编程设置非操作速度，如步骤39中所示，并且从控制器14发送到VFD 12和13的控制信号将与这样的非操作速度有关。例如，该速度可为马达10和11的设计最大速度的40％。变频驱动器12和13继而被编程或设置成使得当控制信号与非操作速度有关时，到马达10和11的能量输入将被禁用，从而允许驱动系(马达转子和压缩机叶轮)在不消耗任何功率的情况下滑轮减速或滑行至其最小速度。就这一点而言，变频驱动器12和13通常被设置成这样起作用而无需任何修改。这就是说，同样可以对在控制器14内执行的控制程序进行编程以生成信号，以控制对永磁马达10和11的功率供应，以在重复周期中在适当时切断功率。再次参考图5，“典型减速线”是当真空变压吸附设备1执行的重复循环由于下降压头要求而需要压缩机速度减速时压缩机所遵循的路径。再次参考图2，在步骤5、6、11和12中对于进料压缩服务中的压缩机就是这种情况，在步骤5和11中对于排空服务中的压缩机也是这种情况。
最终，分别在步骤2和8(或换句话讲，对于每个床，进料加产物加压步骤)期间，驱动系将必须在进料压缩服务中为压缩机4上电。同样，最终，在步骤1和7期间，驱动系将必须在排空服务中为压缩机5上电。相对于进料服务中的压缩机4，它在步骤1和步骤2的开始期间以下降压力开始。因此，在步骤2起始时，从控制器14发送到VFD 12的控制信号保持与非操作速度有关。然而，再次参考图2，由于重复循环的需要以及向永磁马达10施加功率，在这样的步骤的一部分上的压力开始升高。为了执行适当的控制以实现前述操作，如果步骤38中的逻辑的答案是否定的，则程序继续执行逻辑框40中指示的测试，其中确定重复循环的步骤(“VPSA步骤”)是否为进料加产物加压，即上面讨论的步骤2。同样，该测试是基于数据输入21来执行的。如果该测试的答案是肯定的，则控制程序的执行继续执行逻辑框41中所示的另外测试，并将由压力传感器16和15测量的当前压力比“P2/P1”先前在控制程序中编程的预定压力比“预定P2/P1”进行比较。如果当前压力比小于预定压力比，则程序再次进行至框39所示的编程执行阶段，并且允许永磁马达10继续减速。如图所示，在切断马达10的功率的情况下，控制程序循环回到执行阶段34。然而，如果在逻辑框38和40中所述的编程中执行的测试是否定的，或者在逻辑框41中执行的测试是肯定的，则重复循环可能在步骤2或步骤7中，其中必须将功率施加到永磁马达10。在由真空变压吸附循环执行的重复循环中的此时，压缩机正在被供电，因此在压缩机10的操作中存在遇到喘振状况的可能性或可能。为了避免压缩机10在可能遇到喘振状况的情况下操作，编程逻辑从逻辑框42开始进行其执行的其余部分。相对于排空服务中的压缩机5，还通过逻辑框38、40和41进行相同的决策进程，以确定何时停止框39中的执行，这将压缩机5保持在马达11的最小可接受操作速度下。因此，当功率被施加到马达11并且压缩机5上的压力开始升高时，排空压缩机5也进行至逻辑框42，如通过传感器信号19与18的比率所测量的。
在由逻辑框42所示的编程的执行中，将每个压缩机的逻辑框34“护罩dP”中的计算压力差与最小dP进行比较。该最小dP是以实验方式确定为在压缩机4或5将以安全系数喘振的整个循环中的最小值的值。例如，如果压缩机4或5将在由真空变压吸附设备1在等于2英寸水柱的dP下执行的重复循环期间随时喘振，则将2英寸水柱乘以15％以获得最小值。对此的替代方案是在步骤37中在dP下确定，并根据压缩机的压缩机特性线图计算最佳速度，如图5中待讨论的示例所示。
逻辑框68的执行是关键步骤，因为如果通过任一压缩机的流量小于最小值，则存在压缩机4或5将进入喘振的危险。然而，如果在逻辑框34中获得的计算出的当前压力差dP大于或等于最小值，则存在压缩机进入喘振的较低概率。然而，在从逻辑框34计算的压力差不小于这样的最小值的情况下，如执行步骤43中所指示，通过将在控制程序的先前执行中确定的反馈乘数的最后存储值“(SMFB”)除以比例常数来计算反馈速度乘数。当反馈乘数的最后存储值大于或等于1.0时，比例常数被设置为等于大于1.0的值，例如1.04。这样的比例常数的精确值是通过实验确定的，并且可被视为调谐因子。然而，当反馈乘数的最后存储值小于1.0时，比例常数被简单地设置为1.0。当这样的反馈乘数乘以在框37所示的执行阶段中计算的最佳速度时，这样的效果将是通过使用比例常数来略微降低速度，或者当这样的最后存储的反馈乘数小于1.0时，通过最后存储的反馈乘数的因数进一步降低速度。然而，如果在步骤34中测得的压力差小于最小压力差，则如执行框44中所指示，将计算将具有增加速度的效果的新反馈乘数。在框44中设想的计算是将反馈乘数的最后存储值与速度校正因子相加。虽然这样的速度校正因子可为常数，但优选地，速度校正因子包含比例和积分项。在程序的每次执行期间，通过从框34中计算的压力差的当前值中减去最小允许值来计算并存储压力差误差。通过将增益因子乘以压力差误差和在控制程序的先前时间间隔或先前执行中计算的先前压力差误差之间的差值并将差值除以时间间隔来计算比例项。在计算和存储当前压力差误差之前，通过从框34读取的存储值获得该先前压力差误差。积分项通过将增益因子除以积分重置时间并将其所得商乘以当前压力差误差来计算。
上述可通过以下公式示出：
Figure BDA0002384403460000191
其中：SMFBi＝反馈速度乘数；SMFBi-1＝反馈速度乘数的先前存储值，Kc为增益；εi为压力差误差；εi-1为压力差误差的最后存储值；τI为积分重置时间，并且t为控制程序的执行时间间隔。因此，此处正在进行比例-积分速度控制，并且“增益”和“积分重置时间”是将以本领域已知的方式通过实验确定的已知调谐因子。
程序执行接下来进行到逻辑框45，其中程序测试压缩机是否作为排空压缩机使用。由于分别进料压缩和排空服务中压缩机4和5的操作速度要求不同，因此该程序在逻辑框45之后对于每种类型的压缩机执行两单独系列的逻辑和执行步骤。然而，对于每个压缩机4或5，遵循框45的控制程序包含类似的元素，因此对相应程序的步骤的解释是示例性的。
如果对框45的答案为否定的，则压缩机作为进料空气压缩机使用。程序进行到执行框46并且将前馈速度乘数的值设置为等于1.0，因为本发明人的经验是，前馈速度乘数对于压缩机在进料空气压缩服务中的操作不是必需的。然而，本发明人认识到，如果需要，这样的前馈速度乘数可用于调整用于进料空气压缩服务的真空变压设备1的压缩机的速度。如果对逻辑框45的答案是肯定的，则程序随后进行到后续逻辑框47，其中由上述真空变压吸附设备1执行的重复循环的当前步骤处于排空或排空加吹扫步骤中，或者换句话讲，无论是在步骤1、2、7还是8中，都涉及排空或排空加产物吹扫。如果真空变压吸附过程不在这些步骤中的任一个中，则前馈速度乘数设置为1.0，如通过参考标号48指定的程序的执行框中所指示。
如果逻辑框47中的测试执行是肯定的，则在步骤49中计算前馈速度乘数，其将防止在排空或排空加吹扫步骤期间的，并且具体地讲在这两个步骤之间的过渡附近或其处的真空变压吸附循环期间的某个点处的喘振。尽管本文的发明人没有很好地理解，但实际上已经发现，在排空服务中存在压缩机5在该操作点处进入喘振的特别危险。在任何情况下，参考图6，根据在步骤35中计算的当前压力比值，将确定取决于将防止喘振的此类压力比的前馈乘数。当该前馈乘数乘以反馈速度乘数时，效果将是增加总速度乘数，使其超过仅从反馈速度乘数获得的乘数。
对于用作进料空气压缩机的压缩机，程序执行接下来进行到逻辑框50，其中程序测试由上述真空变压吸附设备1执行的重复循环的当前步骤是否已经到达进料且提供吹扫的步骤的结束。如果进料且提供吹扫的步骤5的结束刚刚发生，则在执行框51中，经由真空变压吸附设备1的吸附床2上的压力传感器30，对提供产物吹扫气体的床中的压力进行测量。相似地，如果步骤11的结束刚刚发生，则由吸附床3上的传感器31进行测量。然后在逻辑框52中将该压力测量结果与用于真空变压过程的目标最高吸附压力设定点进行比较。如果在步骤52中计算的压力差绝对值大于规定公差(其通常为2英寸水柱)，则程序进行到执行框53，其中将计算新的进料全局速度因子(GSFF)。规定公差是控制方案中采用的死区，其确定是否应更改GSF。规定公差可在约+/-14英寸水柱至约+/-1英寸水柱，在另一个实施方案中，约10+/-英寸水柱至约2+/-英寸水柱的范围内的任何位置变化。通常，规定公差为+/-2英寸水柱。进料全局速度因子将具有在循环过程的所有步骤中大体上增加或减小压缩机速度的作用，目的是减小框52的测量压力与真空变压过程的目标最高吸附压力设定点之间的绝对差。如果测得的压力与设定点之间的差值小于某个公差，则在进料空气压缩服务中的压缩机的全局速度因子(GSF)从先前循环保持不变。由于这种重新计算只能在进料且提供吹扫的步骤的结束时发生，因此如果真空变压过程尚未达到所述步骤的结束，则程序进行到执行框54，其中计算将在本文中进一步讨论的进料总速度乘数。
类似于作为进料空气压缩机使用的压缩机，作为排空压缩机使用的压缩机5的控制也通过程序中的一系列逻辑和执行步骤进行，以基于来自真空变压过程设备的传感器30和31的压力测量结果来大体上增加或减小永久磁马达11的速度。如果排空加产物吹扫步骤的结束刚刚发生，则逻辑框55是肯定的。如果刚刚终止的排空加产物吹扫步骤是真空压力吸附过程步骤5，则执行框56并且经由压力传感器31进行的床3的压力测量。类似地，如果步骤11刚刚终止，则执行使用压力传感器30的床2的压力测量。然后将压力测量结果与逻辑框57中的目标最低解吸压力设定点进行比较。如果来自框56的测量压力与设定点之间的差值的绝对值大于规定公差(同样通常为2英寸水柱)，则通过框57的进展是肯定的，并且在执行框58中重新计算真空全局速度因子(GSFv)的值。与进料全局速度因子类似，真空全局速度因子将具有在排空服务中在真空变压过程的所有步骤中大体上增加或减小压缩机速度的作用。如果来自框56的测量压力和设定点之间的绝对差小于规定公差，则真空全局速度因子从先前循环保持不变。由于真空全局速度因子的重新计算仅在排空加产物吹扫步骤结束时发生，因此如果真空变压过程尚未达到所述步骤的结束，则程序进行到执行框59，其中计算真空总速度乘数。
框53和58中设想的相应全局速度因子的重新计算是将全局速度因子的最后存储值与全局速度因子校正相加。虽然这样的GSF校正可为常数，但优选地，GSF校正参数包含比例和积分项。对于每个进料空气和排空压缩机，在框52和57中分析的压力差的绝对值被表示为每个压缩机的当前压力差误差。通过将增益因子乘以当前压力差误差和在控制程序的先前时间间隔或先前执行中计算的先前压力差误差之间的差值并将差值除以时间间隔来计算比例项。在计算和存储当前压力差误差之前，通过从逻辑框52或57读取的存储值获得该先前压力差误差。积分项也通过将增益因子除以积分重置时间并将其所得商乘以当前压力差误差来计算。上述可通过以下公式示出：
Figure BDA0002384403460000211
其中：GSFi＝全局速度因子，其中i表示进料空气或排空压缩机；GSFi-1＝相应全局速度因子的先前存储值，Kc为增益；εi为相应的压力差误差；εi-1为压力差误差的相应最后存储值；τI为积分重置时间，并且t为控制程序的执行时间间隔。对于每个进料空气和排空压缩机，为每个比例增益和积分重置时间选择的值可以相同，但不一定相同。因此，此处正在进行比例-积分速度控制，并且“增益”和“积分重置时间”是将以本领域已知的方式通过实验确定的已知调谐因子。
通过以下方式分别在步骤54和59中计算进料空气和排空压缩机的总速度乘数：将步骤43或44中确定的反馈速度乘数乘以步骤48或49中确定的前馈乘数和全局速度因子，如果真空变压过程的步骤5或步骤11刚刚终止，则可能已在步骤53或58中重新计算了该全局速度因子。然后在逻辑框60或61中，通过将在步骤37中计算的相应最佳速度乘以相应总速度乘数(“SMγ”)来计算每个压缩机的经调整的最佳速度以获得调整速度。然后，将该调整速度用于设置变频驱动器12和13中的速度，分别如步骤62和63中所示。就这一点而言，控制器14响应于由控制程序所确定的调整速度的值，生成从控制器14传递到VFD 12和13的与此类调整速度有关的控制信号。该控制信号随后将用作将修改变频驱动器12或13中设定的速度的输入。另一种可能是将变频驱动器编程为读取由控制器14生成的调整速度的输出。在任何情况下，在再发生的执行时间过去之后，通过循环回到执行步骤34，编程进行到其下一次执行。
再次参考图2，本发明的速度控制背后的策略基本上是基于压力比获得速度，该速度在大多数情况下将使压缩机4和5在图3所示的其峰值效率操作线上操作，同时确保循环真空变压过程在目标最高吸附压力和目标最低解吸压力的设定点之间发生。具体地讲，在真空变压吸附过程中的步骤5和步骤11结束时，在本文所述的实施方案中，在排空压缩机5上产生的压力比将为约2。然而，相对于环境，吸附床将处于负表压。当均衡气体从另一个床流入吸附床2或3时，接收均衡气体的床的床压力从排空加产物吹扫步骤迅速升高，其中床已被排空以移除氮气并结束吸附剂的再生。然而，就压缩机5上的压力比而言，在压力升高的至少一部分期间，功率将从永磁马达11移除，并且如图2所示，现在在步骤的一部分内施加功率，并且压缩机4和5的速度正在减速。在均衡加进料加压步骤期间，用产物气体继续进行加压，并且到达某个点，在该点中，由于床压力的增加，由压力传感器16和15感测到的压力比增加，使得必须增加压缩机4的速度以保持沿峰值效率操作线的操作，如图3所示。在这些步骤中的任一个期间，如果压缩机4没有足够快地加速，则由压力传感器16和17感测的通过压缩机的流量可能不足以避免喘振。在这样的情况下，这将是其中对程序执行框42中的测试的肯定答案将是肯定的并且将计算反馈乘数的情况，该反馈乘数必然会增加压缩机的速度以避免喘振。随着床2的步骤3、4和54或同样床3的步骤9、10和11发生，由于床压力的增加，压缩机4上的压力比增加。因此，压缩机加速以获得沿峰值效率操作线的增加。此时，压缩机将不太可能在靠近发生喘振的状况的任何地方处于质量流下；并且框42中的查询将被否定地回答。这将通过以下方式将压缩机速度降低回到峰值效率操作线：如果最后值为1.0或更大，则用比例常数进一步减小反馈速度乘数；或者用反馈速度乘数的最后值进一步减小速度。
在进料且提供吹扫的步骤结束后，需要再生吸附床。此时，如果过程处于步骤6中，则允许均衡气体从吸附床2逸出到吸附床3中，或者如果过程处于步骤12中，则允许均衡气体从吸附床3逸出到床2中。压力比迅速下降，并且优选地，如上所述，变频驱动器13对由控制器14提供并且与逻辑框39中产生的非操作速度有关的控制信号作出反应，并停止向永磁马达11施加功率。鉴于马达已卸载，因此不太可能发生喘振事件。然而，在步骤1或7开始时，压缩机5充当真空泵，并且随着吸附床3或2内的压力分别降低，压力比开始升高。如果通过压缩机的质量流不足，则可能发生喘振。然而，现在借助图6计算积极的前馈速度乘数。当通过压力传感器19和18测量的压缩机上的压力比增加时，前馈速度乘数在约1.7的压力比下增加到峰值。该压力比通过实验确定为可能发生喘振的压力比，并且将前馈速度乘数选择为将足以增加压缩机的速度以避免喘振的那个值。在床压力由于吸附床的排空而进一步降低时，压力比进一步增加。然而，前馈速度乘数降低。原因是由于气动阻力和惯性效应，马达和压缩机的组合将不会立即反应。因此，随着压力比增加，压缩机的速度逐渐增加，并且在峰值之后，速度逐渐减小，以允许压缩机减速并返回至峰值效率，使得下一个步骤6或12可发生，在该步骤中移除永磁马达的功率。
具体参考图6，优选地用高斯函数获得前馈速度乘数的响应，其中前馈速度乘数由以下公式给出：
开始+振幅[F/扩展]；
其中F＝(P2/P1-中心)2。“开始”将向上或向下偏移图4中所示的曲线，“振幅”将使峰上下移动。“中心”将偏移出现峰值的压力比，并且“扩展”控制曲线从中心扇出的速率。因此，曲线本身可在控制程序内编程，或者查找表内的数据点同样可被编程。这就是说，该曲线可以是三角形的，而不是图示的高斯曲线。较不优选但可能的是将曲线的峰值用于前馈速度乘数。同样，可以对反馈速度乘数使用固定的增加因子，使得如果通过压缩机的流量下降到允许点以下，则将增加压缩机速度；而如果流量保持在允许点以上，则将压缩机速度减小固定因子。这些都不是优选的原因是压缩机的更大百分比的操作将脱离峰值效率操作线，并且因此，设备1将消耗更多的功率。
如上所述，变频驱动器12或13的编程在非常低的速度下移除功率也是可选的，但是可以理解，这样的操作还节省了功率。综上所述，可以进行本发明的实施方案，其中永不从马达10或11移除功率。换句话讲，没有可编程阶段38至41的实施方案。然而，如果未禁用马达的功率，则变频驱动器12和13将分别通过将功率输入到马达10和11来尝试沿着预编程路径降低速度，从而消耗更多的功率。然而，至少，本发明确实考虑了后续逻辑框45-63中所示类型的编程逻辑，其中压缩机4和5至少可能遇到喘振操作状况，即在当前循环中，为步骤2的一部分，其中压缩机4上的压力比升高，因此需要将功率施加到永磁马达10；对于进料空气压缩机为步骤3-5，并且对于排空压缩机为步骤8-11。
再次具体地参考图1，尽管可以预期进料空气压缩机4和排空压缩机5两者都是易受喘振的离心式压缩机，但是进料压缩机4可以由排量式鼓风机或气泵形成，优选地为罗茨型。如果这样的压缩机不以恒定旋转速度运行，则其加速和减速特性将与离心式压缩机的加速和减速特性完全不同，并且这样的压缩机将不会以与图1所示的真空变压设备1的离心式压缩机4和5相同的方式经受喘振。在这样的情况下，进料压缩机4将不需要离心式压缩机所需的防喘振控制。然而，在任何情况下，排空压缩机5都将是离心式压缩机，并且因此会经受喘振。就这一点而言，示出的用于控制排空压缩机5的控制策略在许多方面将与图4所示的控制策略相同。
尽管已结合两床的真空变压吸附循环讨论了本发明，其中单个压缩机充当两个床的进料压缩机，并且第二压缩机充当两个床的排空压缩机，但本领域的普通技术人员将认识到，可将单个离心式压缩机用于每个床的进料压缩和排空作用，并且/或者可以使用两个以上的床。在本领域的此类实施方案中，从优选实施方案的最具体描述可以清楚地看出，用于排空的任何压缩机可经历与向永磁马达的功率递送开始相关联的附加喘振风险，如本文所述的循环变压过程的步骤1和7期间设备1的排空压缩机5所发生的那样。对于该排空服务中的任何此类压缩机，为了避免喘振状况，必须如图4的可编程控制图的程序框47-49中所述来计算和使用前馈因子。
尽管已通过参考优选实施方案描述了本发明，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求书描述的本发明的精神和范围的情况下，可对其进行多种改变、添加和省略。

Claims (26)

1.一种控制真空变压吸附设备内的离心式压缩机速度的方法，其中所述设备包括两个或更多个离心式压缩机，其中每个离心式压缩机具有被配置为接收流体流的入口和被配置为排放加压流体流的出口，所述方法包括：
测量和计算进入每个离心式压缩机的所述入口的流体流的流量，所述离心式压缩机由具有由变频驱动器控制的速度的电动马达直接驱动；
测量和计算每个压缩机的所述出口处的所述加压流体流的压力和每个压缩机的所述入口处的所述流体流的压力，并且计算每个离心式压缩机的出口压力与入口压力的压力比；
基于所述压力比来确定每个离心式压缩机的最佳速度，并且所述最佳速度沿着所述离心式压缩机的峰值效率操作线，所述离心式压缩机由具有由变频驱动器控制的速度的电动马达直接驱动；
确定通过每个离心式压缩机的所述流体流的最小允许流量，在所述最佳速度下能够在所述最小允许流量下发生喘振状况；
确定反馈乘数，所述反馈乘数在乘以所述最佳速度时，当通过所述离心式压缩机的所述流量小于所述最小允许流量时将增加所述速度，或者当通过所述离心式压缩机的所述流量大于或等于所述最小允许流量时将减小所述速度；
对于每个吸附容器设置目标最高吸附压力设定点，
在由所述真空变压吸附设备执行的重复循环的其中所述离心式压缩机至少可能遇到喘振状况的步骤期间，其纯排空步骤及排空加产物吹扫步骤除外，将总速度乘数设置为等于所述反馈乘数与全局速度因子的乘积，其中在生产且提供吹扫的步骤终止时确定所述全局速度因子，所述全局速度因子在乘以所述最佳速度时，当获得的最高压力小于目标最高吸附压力设定点时将增加对所述真空变压设备加压的机器的速度，并且当所述获得的最高压力大于目标最高吸附压力设定点时将减小对所述真空变压设备加压的所述机器的所述速度；
在所述纯排空步骤和所述排空加产物吹扫步骤期间，计算前馈乘数，所述前馈乘数将在所述纯排空步骤和所述排空加产物吹扫步骤期间增加所述速度，使得离心式压缩机不太可能进入所述喘振状况；
对于每个吸附容器设置最低目标解吸设定点；
在所述排空加产物吹扫步骤终止时确定真空全局速度因子，所述真空全局速度因子在乘以所述最佳速度时，当获得的最低压力小于所述目标最低解吸压力设定点时将减小排空所述真空变压设备的机器的速度，并且当所述获得的最低压力大于所述目标最低解吸压力设定点时将增加排空所述真空变压设备的所述机器的所述速度；
在所述生产且提供产物吹扫的步骤终止时确定进料全局速度因子，所述进料全局速度因子在乘以所述最佳速度时，当所述获得的最高压力小于目标最高吸附压力设定点时将增加对所述真空变压设备加压的机器的速度，并且当所述获得的最高压力大于目标最高吸附压力设定点时将减小对所述真空变压设备加压的所述机器的所述速度；
通过将所述反馈乘数、所述前馈乘数和所述进料全局速度因子一起相乘来计算对所述真空变压设备加压的所述机器的进料总速度乘数；
通过将所述反馈乘数、所述前馈乘数和所述真空全局速度因子一起相乘来计算排空所述真空变压设备的所述机器的真空总速度乘数；
通过将所述最佳速度分别乘以所述进料总速度乘数或所述真空总速度乘数来计算对所述真空变压设备加压的所述机器和排空所述真空变压设备的所述机器两者的调整速度；以及
生成至少与每个机器的所述调整速度有关的控制信号，并且将所述控制信号输入到每个相应机器的所述变频驱动器中，使得所述电动马达和所述离心式压缩机在所述调整速度下操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述真空变压吸附过程利用用于将压缩气体进料至所述真空变压吸附设备的吸附床的进料压缩机，以及用于从所述吸附床排空气体的排空压缩机；其中所述进料压缩机和所述排空压缩机均为离心式压缩机。
3.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述真空变压吸附过程使用单个压缩机将压缩气体进料至每个吸附床并从每个吸附床排空气体。
4.根据权利要求2所述的方法，其中：
所述重复循环包括在所述排空加产物吹扫步骤之后的下降压力均衡步骤和上升压力均衡步骤；
在所述下降压力均衡步骤和所述上升压力均衡步骤期间，所述控制信号与非操作速度有关，使得电力不被施加到驱动所述排空压缩机的所述电动马达；并且
当在所述下降压力均衡步骤期间获得预定压力比时，所述控制信号再次与所述调整速度有关，使得所述排空压缩机在所述调整速度下操作。
5.根据权利要求1所述的方法，其中：
每当确定所述反馈乘数时，存储所述反馈乘数；
当所述流量小于通过每个离心式压缩机的所述流体流的所述最小允许流量时，在所述最佳速度下能够在所述最小允许流量下发生喘振状况，通过将所述反馈乘数的最后存储值与速度校正因子相加来确定所述反馈乘数；并且
当通过每个离心式压缩机的所述流量大于或等于在所述最佳速度下能够发生喘振状况的所述流量时，所述反馈速度乘数通过将所述反馈乘数的所述最后存储值除以比例常数来计算，当所述反馈乘数的所述最后存储值大于或等于1.0时，所述比例常数被设置为等于大于1.0的值，或者当所述反馈乘数的所述最后存储值小于1.0时，所述比例常数被设置为1.0。
6.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述前馈乘数是所述压力比的函数；
所述函数在预定压力比下具有所述前馈乘数的最大值，在所述预定压力比下或正好在所述预定压力比之前，在所述排空步骤和所述吹扫步骤之间的过渡期间将可能发生所述喘振状况，并且在大于或小于最大值的压力比下减小所述前馈乘数的值；并且
所述最大值具有预选的量值，使得当所述最大值乘以所述预定压力比下的所述最佳速度时所得速度将防止喘振状况发生。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述函数是高斯函数。
8.根据权利要求1所述的方法，其中通过测量所述离心式压缩机的护罩中依次更靠近其叶轮的两个点处的压力差来计算通过每个离心式压缩机的所述流体流的所述最小允许流量。
9.根据权利要求5所述的方法，其中：
通过以不同时间间隔测量所述离心式压缩机的所述护罩中依次更靠近其叶轮的两个点处的压力差来计算通过每个离心式压缩机的所述流体流的所述最小允许流量；
其中在所述时间间隔中的每个时间间隔期间，通过从所述压力差的当前值减去通过每个离心式压缩机的所述流体流的所述最小允许流量来计算并储存压力差误差，在所述最佳速度下能够在所述最小允许流量下发生喘振状况；并且
所述反馈乘数的所述速度校正因子在所述时间间隔中的每个时间间隔期间通过比例积分控制来计算，所述比例积分控制包括将比例项与积分项相加，其中所述比例项通过将增益因子乘以所述压力差误差和在先前时间间隔中计算的先前压力差误差之间的差值并将所述差值除以所述时间间隔来计算，并且其中所述积分项通过将所述增益因子除以积分重置时间并将其所得商乘以所述压力差误差来计算。
10.根据权利要求8所述的方法，其中：
所述前馈乘数是所述压力比的高斯函数；
所述高斯函数在预定压力比下具有所述前馈乘数的最大值，在所述预定压力比下或正好在所述预定压力比之前，在所述排空步骤和所述吹扫步骤之间的过渡期间所述离心式压缩机将可能进入喘振状况，并且在大于或小于最大值的压力比下减小所述前馈乘数的值；并且
所述最大值具有预选的量值，使得当所述最大值乘以所述预定压力比下的所述最佳速度时所得速度将防止所述离心式压缩机进入喘振状况。
11.根据权利要求1所述的方法，其中：
每当确定所述进料全局速度因子乘数时，存储所述全局速度因子乘数；
当在所述进料且提供产物吹扫的步骤结束时所述真空变压设备中的测得压力与所述目标最高吸附压力之间的绝对差大于设置为+/-2英寸水柱的最小允许公差时，通过将所述进料全局速度因子乘数的最后存储值与进料全局速度因子校正因子相加来确定所述进料全局速度因子乘数；并且
当在所述进料且提供产物吹扫的步骤结束时所述真空变压设备中的测得压力与所述目标最高吸附压力之间的所述绝对差小于+/-2英寸水柱的所述最小允许公差时，所述进料全局速度因子乘数被设置为等于所述进料全局速度因子乘数的所述最后存储值。
12.根据权利要求1所述的方法，其中：
每当确定所述真空全局速度因子乘数时，存储所述全局速度因子乘数；
当在所述排空加产物吹扫步骤结束时所述真空变压设备中的测得压力与所述目标最低解吸压力之间的绝对差大于设置为+/-2英寸水柱的所述最小允许公差时，通过将所述真空全局速度因子乘数的最后存储值与真空全局速度因子校正因子相加来确定所述真空全局速度因子乘数；并且
当在所述排空加产物吹扫步骤结束时所述真空变压设备中的测得压力与所述目标最低解吸压力之间的所述绝对差小于+/-2英寸水柱的所述最小允许公差时，所述真空全局速度因子乘数被设置为等于所述真空全局速度因子乘数的所述最后存储值。
13.一种用于控制真空变压吸附设备内的离心式压缩机速度的控制系统，所述控制系统包括：
用于感测进入由具有由变频驱动器控制的速度的电动马达直接驱动的离心式压缩机的气体的流量的装置；
被定位成感测所述离心式压缩机的入口和出口处的压力的压力传感器；
被定位成感测真空变压吸附设备的吸附床处的压力的压力传感器；
对所述参数感测装置、所述压力传感器和由所述真空变压吸附设备执行的重复循环的步骤作出响应的控制器，并且所述控制器具有控制程序，所述控制程序被编程为：
计算所述离心式压缩机的所述出口与所述入口的压力的压力比；
基于所述压力比来确定所述离心式压缩机的最佳速度，并且所述最佳速度沿着所述离心式压缩机的所述峰值效率操作线；
确定通过每个离心式压缩机的所述流体流的最小允许流量，在所述最佳速度下可能在所述最小允许流量下发生喘振状况；
确定反馈乘数，所述反馈乘数在乘以所述最佳速度时，当所述流量小于所述最小允许流量时将增加所述速度，或者当所述流量大于或等于所述最小允许流量时将减小所述速度；
在进料且提供吹扫的步骤终止时确定进料全局速度值，所述进料全局速度值在乘以所述最佳速度时，当在所述进料且提供吹扫的步骤期间在正在加压的所述真空变压设备的所述吸附床中测得的所述最高压力小于所述目标最高吸附压力时将增加对所述真空变压设备加压的所述机器的所述速度，并且当在所述进料且提供吹扫的步骤期间在正在加压的所述真空变压设备的所述吸附床中测得的所述最高压力大于所述目标最高吸附压力时将减小对所述真空变压设备加压的所述机器的所述速度；
在排空加产物吹扫步骤终止时确定真空全局速度因子，所述真空全局速度因子在乘以所述最佳速度时，当在所述排空加产物吹扫步骤期间在正在排空的所述真空变压设备的所述吸附床中测得的所述最低压力大于所述目标最低解吸压力时将减小排空所述真空变压设备的所述机器的所述速度，并且当在所述排空加产物吹扫步骤期间在所述真空变压设备的所述吸附床中测得的所述最低压力大于所述目标最低解吸压力时将增加排空所述真空变压设备的所述机器的所述速度；
在所述重复循环的其中所述离心式压缩机至少可能进入喘振状况的步骤期间，其纯排空步骤及排空加产物吹扫步骤除外，将真空总速度乘数设置为等于所述反馈乘数和所述进料全局速度因子的数学乘积；
将所述真空总速度乘数设置为等于在所述纯排空步骤和所述排空加产物吹扫步骤期间的所述反馈乘数、所述前馈乘数和所述真空全局速度因子乘数的数学乘积，这将增加所述速度使得离心式压缩机不太可能进入所述喘振状况；
将进料总速度乘数设置为等于所述反馈乘数和所述进料全局速度因子的数学乘积；以及
通过将所述最佳速度分别乘以所述进料总速度乘数和所述真空总速度乘数来计算对所述真空变压设备加压的所述机器和排空所述真空变压设备的所述机器两者的调整速度；并且
所述控制器被配置为响应于所述控制程序来生成控制信号并且所述控制信号能够用作到所述变频驱动器中的输入，使得每个离心式压缩机的所述电动马达的速度响应于所述控制信号来控制，所述控制信号至少与所述调整速度有关使得每个电动马达以及因此每个离心式压缩机在所述调整速度下操作。
14.根据权利要求13所述的控制系统，其中：
所述真空变压吸附设备利用用于将压缩气体进料至所述真空变压吸附设备的所述吸附床中的每个的进料压缩机，以及用于从所述吸附床中的每个排空气体的排空压缩机；其中
所述进料压缩机和所述排空压缩机均为离心式压缩机。
15.根据权利要求14所述的控制系统，其中：
所述重复循环包括在所述排空加产物吹扫步骤之后的进料加均衡步骤、在所述进料加均衡的步骤之后的进料加产物再加压步骤以及在所述纯排空步骤之前的均衡步骤；
所述控制程序被编程以产生非操作速度，在所述非操作速度下所述变频驱动器将从所述电动马达移除电力，并且所述控制信号在由所述控制程序产生时与所述非操作速度有关；
在所述进料加均衡的步骤、所述均衡步骤以及所述进料加产物再加压步骤的起始期间，所述控制程序产生非操作速度使得当将所述控制信号输入到所述变频驱动器中时电力不被施加到所述电动马达；并且
所述控制程序还被编程为使得当在所述进料加产物再加压步骤期间获得所述压力比的预定压力比时，所述控制信号再次与所述调整速度有关使得所述电动马达以及因此所述压缩机在所述调整速度下操作。
16.根据权利要求14所述的控制系统，其中：
所述重复循环包括在所述排空加吹扫步骤之后的下降压力均衡步骤和上升压力均衡步骤；
所述控制程序被编程以产生非操作速度，在所述非操作速度下所述变频驱动器将从所述电动马达移除电力，并且所述控制信号在由所述控制程序产生时与所述非操作速度有关；
在所述下降压力均衡步骤和所述上升压力均衡步骤期间，所述控制程序产生所述非操作速度使得当将所述控制信号输入到所述变频驱动器中时电力不会被施加到驱动所述排空压缩机的所述电动马达；并且所述控制程序还被编程为使得当在所述下降压力均衡步骤期间获得所述压力比的预定压力比时，所述控制信号再次与所述调整速度有关，使得所述电动马达以及因此所述排空压缩机在所述调整速度下操作。
17.根据权利要求13所述的控制系统，其中所述控制程序被编程为使得：
每当确定所述反馈乘数时，存储所述反馈乘数；
当通过每个离心式压缩机的所述流量大于或等于所述最小允许流量时，在所述最佳速度参数下能够出现喘振状况的所述流量小于所述最小允许流量，通过将所述反馈乘数的最后存储值与速度校正因子相加来确定所述反馈乘数；并且
当通过每个离心式压缩机的所述流量大于或等于在所述最佳速度下能够发生喘振状况的所述最小允许流量时，所述反馈速度乘数通过将所述反馈乘数的所述最后存储值除以比例常数来确定，当所述反馈乘数的所述最后存储值大于或等于1.0时，所述比例常数被设置为等于大于1.0的值，或者当所述反馈乘数的所述最后存储值小于1.0时，所述比例常数被设置为1.0。
18.根据权利要求13所述的控制系统，其中所述控制程序被编程为使得：
所述前馈乘数是所述压力比的函数；
所述函数在预定压力比下具有所述前馈乘数的最大值，在所述预定压力比下或正好在所述预定压力比之前，在所述排空步骤和所述吹扫步骤之间的过渡期间所述离心式压缩机将可能进入喘振状况，并且在大于或小于最大值的压力比下减小所述前馈乘数的值；并且
所述最大值具有预选的量值，使得当所述最大值乘以所述预定压力比下的所述最佳速度时所得速度将防止所述离心式压缩机进入喘振状况。
19.根据权利要求18所述的控制系统，其中所述函数是高斯函数。
20.根据权利要求13所述的控制系统，其中：
所述流量感测装置是位于所述离心式压缩机的所述护罩中的依次更靠近其叶轮的两个点处的两个另外的压力传感器；
所述控制程序被编程为从由所述两个另外的压力传感器测得的压力计算压力差；并且
所述流量由所述压力差来计算。
21.根据权利要求17所述的控制系统，其中：
所述流量感测装置是位于所述离心式压缩机的所述护罩中的依次更靠近其叶轮的两个点处的两个另外的压力传感器；
所述控制程序被编程为从由所述两个另外的压力传感器测得的压力计算压力差；
所述流量由所述压力差来计算；并且
所述控制程序被编程为使得：
在所述时间间隔中的每个时间间隔期间，通过从所述压力差的当前值中减去所述最小允许值来计算并存储压力差误差；并且
所述反馈乘数的所述速度校正因子在所述时间间隔中的每个时间间隔期间通过比例积分控制来计算，所述比例积分控制包括将比例项与积分项相加，所述比例项通过将增益因子乘以所述压力差误差和在先前时间间隔中计算的先前压力差误差之间的差值并将所述差值除以所述时间间隔来计算，并且所述积分项通过将所述增益因子除以积分重置时间并将其所得商乘以所述压力差误差来计算。
22.根据权利要求21所述的控制系统，其中所述控制程序被编程为使得：
所述前馈乘数是所述压力比的高斯函数；
所述高斯函数在预定压力比下具有所述前馈乘数的最大值，在所述预定压力比下或正好在所述预定压力比之前，在所述排空步骤和所述吹扫步骤之间的过渡期间所述离心式压缩机将可能进入喘振状况，并且在大于或小于最大值的压力比下减小所述前馈乘数的值；并且
所述最大值具有预选的量值，使得当所述最大值乘以所述预定压力比下的所述最佳速度时所得速度将防止所述离心式压缩机进入喘振状况。
23.根据权利要求13所述的控制系统，其中所述控制程序被编程为使得：
每当确定所述真空全局速度因子时，存储所述真空全局速度因子；
当所述测得的压力与所述目标最低解吸压力设定点之间的差值大于所述允许公差时，通过将所述真空全局速度因子的最后存储值与真空全局速度校正因子相加来确定所述真空全局速度因子；并且
当所述测得的压力与所述目标最低解吸压力设定点之间的所述差值小于或等于+/-2英寸水柱的压力公差时，所述真空全局速度因子被确定为所述真空全局速度因子的所述最后存储值。
24.根据权利要求23所述的控制系统，其中所述真空全局速度因子通过比例积分控制来计算，所述比例积分控制包括将比例项与积分项相加，所述比例项通过将增益因子乘以所述测得的压力与所述目标最低解吸压力设定点之间的差值与先前时间间隔中计算出的所述测得的压力与所述目标最低解吸压力设定点之间的先前差值并且将所述差值除以所述时间间隔来计算，并且所述积分项通过将所述增益因子除以积分重置时间并将其所得商乘以所述测得的压力与所述目标最低解吸压力设定点之间的所述差值来计算。
25.根据权利要求13所述的控制系统，其中所述控制程序被编程为使得：
每当确定所述进料全局速度因子时，存储所述进料全局速度因子；
当所述测得的压力与所述目标最高吸附压力设定点之间的差值大于+/-2英寸水柱的所述允许公差时，通过将所述进料全局速度因子的最后存储值与进料全局速度校正因子相加来确定所述进料全局速度因子；并且
当所述测得的压力与所述目标最高吸附压力设定点之间的差值小于或等于+/-2英寸水柱的所述公差时，将所述进料全局速度因子确定为所述进料全局速度因子的所述最后存储值。
26.根据权利要求25所述的控制系统，其中所述进料全局速度因子通过比例积分控制来计算，所述比例积分控制包括将比例项与积分项相加，所述比例项通过将增益因子乘以所述测得的压力与所述目标最高吸附压力设定点之间的差值与先前时间间隔中计算出的所述测得的压力与所述目标最高吸附压力设定点之间的先前差值并且将所述差值除以所述时间间隔来计算，并且所述积分项通过将所述增益因子除以积分重置时间并将其所得商乘以所述测得的压力与所述目标最高吸附压力设定点之间的所述差值来计算。
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