CN112639644A - 用于分析用于产生单位质量或体积的压缩气体的能量(比能耗)的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于相对于压缩机系统中的公共输出流量分析用于产生单位质量或体积的压缩气体的能量(比能耗)的方法，该方法包括以下步骤：‑对于时间间隔Tref，收集压缩机系统中的公共输出流量Fref和能量(或功率)消耗Eref(或Pref)的参考测量数据点；‑由测量数据点计算作为公共输出流量Eref(F)(或<Pref>t(F))的函数的能量(或功率)使用，并且计算作为公共输出流量Vref(F)的函数的体积输出；‑根据公式Eref(F)/Vref(F)(或<Pref>t(F)/Fref)计算作为该公共输出流量<SECref>t(F)的函数的用于产生单位质量或体积的压缩气体所消耗的平均能量；‑对于时间间隔Tsav，收集压缩机系统中的公共输出流量Fsav和能量(或功率)消耗Esav(Psav)的测量数据点；‑根据公式Esav(F)/Vsav(F)(或<Psav>t(F)/Fsav)或来自Psav/Fsav的SECsav(t,F)计算作为公共输出流量<SECsav>t(F)的函数的用于产生单位质量或体积的压缩气体所消耗的能量；‑计算该压缩机系统中公共输出流量F的范围内的<SECref>t(F)和<SECsav>t(F)或SECsav(t,F)之间的差值。
Description
技术领域
本发明涉及用于相对于压缩机系统中的公共输出流量分析产生单位质量或体积的压缩气体的能量(比能耗)的方法，该方法包括以下步骤，该方法涉及测量实际数据并计算压缩机系统的效率，尤其是当将实际数据与参考进行比较时。
背景技术
记录和分析数据在评估压缩机系统领域中也是已知的。例如，在US2010/0082293中，公开了旨在提供稳健、全面的测量和分析以优化压缩空气系统的效率的技术。所提供的技术可例如在目标压缩空气系统本地的网络设备中和/或在被配置为远程监测和评估目标系统的服务器中实现。现场数据记录以及现场或远程数据分析可连同机载数据整合一同启用。数据分析可涉及检测或分析意外数据，并且还可涉及警示功能。此外，数据分析模块还可以被编程或以其他方式被配置用于建立压缩空气系统的空气流量-功率消耗曲线，该曲线基于系统消耗的实际功率、设施所需的空气流量以及提供给设施的空气压力。数据分析模块还可以被配置用于通过识别尺寸适合压缩空气系统的空气压缩机和/或供给侧设备，利用基于需求减少的压缩空气使用的精确视图优化对压缩空气系统的压缩空气供应。
与US2010/0082293相比，本发明涉及测量实际数据并使用实际数据来监测压缩机系统的效率变化。
发明内容
上述目的通过一种用于相对于压缩机系统中的公共输出流量分析用于产生单位质量或体积的压缩气体的能量(比能耗)的方法来实现，该方法包括以下步骤：
-对于时间间隔Tref，收集该压缩机系统中的公共输出流量Fref和能量(或功率)消耗Eref(或Pref)的参考测量数据点；
-由测量数据点计算作为公共输出流量Eref(F)(或<Pref>t(F))的函数的能量(或功率)使用，并且计算作为公共输出流量Vref(F)的函数的体积输出；
-根据公式Eref(F)/Vref(F)(或<Pref>t(F)/Fref)计算作为该公共输出流量<SECref>t(F)的函数的用于产生单位质量或体积的压缩气体所消耗的平均能量；
-对于时间间隔Tsav，收集压缩机系统中的公共输出流量Fsav和能量(或功率)消耗Esav(Psav)的测量数据点；
-根据公式Esav(F)/Vsav(F)(或<Psav>t(F)/Fsav)或来自Psav/Fsav的SECsav(t,F)计算作为公共输出流量<SECsav>t(F)的函数的用于产生单位质量或体积的压缩气体所消耗的能量；
-计算该压缩机系统中公共输出流量F的范围内的<SECref>t(F)和<SECsav>t(F)或SECsav(t,F)之间的差值。
表述“用于产生单位质量或体积压缩气体的能量”或“比能耗”有时在压缩机行业称为SEC，仅作为举例，其可以采用单位kWh/Nm3或kWh/kg表示，或者可以表示为每单位能量的体积，例如Nm3/kWh(其中Nm3表示“标准立方米”，即在常压和标准温度(通常为0或15℃)下产生的气体体积)。用作比能耗的替代的另一个常用标准表述是单位功率消耗(SPC或SP)，其通常以单位kW/(Nm3/min)测量，并且根据本发明也可以使用这个和其他同等表述。在这种情况下，可以说，比能耗的表述可以指：能量/产生单位质量或体积，以及产生的质量或体积/单位使用能量。
根据本发明的方法提供若干优点。首先，当前压缩机系统的能量节省计算通常是通过比较对特定压缩机系统的特定修正前后的长时间能耗来完成的。这当然既费时又缺乏将能量节省与压缩机系统中的具体优化措施联系起来的工具和措施。然而，根据本发明的方法提供了在已经进行改变之后的非常短的时间范围内计算通过压缩机系统中的特定改变(例如，针对特定流量范围修改压缩机组合)获得的能量节省的可能性。
此外，应该指出的是，本发明可涉及计算SEC或1/SEC，其应视为与本发明的范围等同。
此外，根据本发明的方法可用于所有类型的压缩机系统，单个压缩机系统和多个压缩机系统两者。此外，根据本发明的方法尤其适用于真实物理压缩机系统，即操作压缩机系统。然而，应当指出的是，该方法可在对测试数据的模拟和计算中执行，然而这不是本发明的预期重点。此外，并且如下文进一步讨论，根据本发明的方法可在对压缩机系统进行优化或改变之后采用。
具体实施方案
下文公开了本发明的具体实施方案。根据本发明的一个具体实施方案，该方法涉及在计算中使用Eref(F)、Vref(F)、Psav、Fsav、Eref(F)/Vref(F)和Psav/Fsav。
此外，根据另一个实施方案，该方法涉及在Tref期间收集数据，然后对压缩空气系统作出改变，然后在时间间隔Tsav期间收集数据，最后比较数据。该实施方案暗示，本发明也可包括主动步骤以改变压缩系统的操作，然后再次收集数据以使得能够评估该改变的效果。
根据本发明的又一个实施方案，<SECref>t(F)和Vref(F)由与<SECsav>t(F)(或SECsav(t,F))和Vsav(F)(或Vsav(t,F))不同的压缩系统部分或完全模拟、构造或构成。这使得能够比较同一工厂、不同工厂内的不同过程，并且还能够创建基准最佳实践SEC曲线，并且将特定压缩机系统与这些最佳实践SEC曲线进行比较。
应当指出的是，根据本发明的方法可用于全范围的测量数据点或仅用于其部分。因此，根据本发明的一个具体实施方案，在Tsav期间的测量数据点中的公共输出流量F的整个范围内执行计算步骤。根据又一个实施方案，在Tsav期间的测量是在单个数据点上执行的。此外，根据又一个实施方案，该方法涉及在Tref或Tsav期间仅使用数据的子集。
根据本发明的方法还可涉及检测涉及数据错误的数据点以及在执行计算之前标记或移除这些错误数据点。此类错误可能是传感器不按预期工作、安装不正确以及例如系统不按预期工作的结果。此外，还可这样处理数据，使得具有此类错误的时间段从数据的总集合中完全移除。
本发明还涉及计算和可视化在压缩机系统中的特定变化之后获得的能量节省。因此，根据一个具体实施方案，流量F处的能量节省计算为ESAVE(F)＝(<SECref>t(F)-<SECsav>t(F))*Vsav(F)或ESAVE(F)＝(<SECref>t(F)-SECsav(t,F))*Vsav(t,F)，其中F是指在测量数据点的整个范围内的任何公共输出流量。此外，根据本发明的又一个实施方案，总能量节省计算为∑FESAVE(F)。此外，根据又一个实施方案，总成本节省计算为∑FESAVE(F)*成本，其中成本是每单位能量的任何货币单位计的成本。
如上所述，模拟也可为根据本发明的步骤的一部分。例如，根据一个实施方案，其中SECsav(t,F)和Vsav(t,F)是模拟数据以分析模拟时间段Tsav的节省。这可例如出于估计特定优化措施的能量节省的目的来执行，以便证明此类措施的实施合理性，和/或在分析对总能量节省的贡献因素时排除此类措施的能量节省的部分。
此外，可视化图形也可为本发明的一部分。因此，根据一个具体实施方案，Eref(F)、<Pref>(F)、Vref(F)、<SECref>t(F)和能量节省ESAVE(F)的任一个或多干个函数被绘制为相对于F的函数。
根据本发明的方法还可涉及计算任何流量水平(即也在测量数据集之外的流量水平)的SEC和能量节省。因此，根据本发明的一个具体实施方案，针对在Tref期间没有测量数据的F计算<SECref>t(F)。这可以例如是令人感兴趣的，以使得能够在一个流量范围内执行参考测量，然后使得能够运行压缩机系统并计算不同流量范围内的能量节省。根据本发明的一个实施方案，使用内推和外推来实现这一点。
此外，本方法还可涉及决定F的SECref>t(F)，该F大于在Tref期间的数据点中测量的最高F(即max(Fref))。此类流量(F)水平可例如高于所测量的流量数据集。此类较高的F可例如通过添加一个或多个压缩机或通过修改压缩机系统中的现有压缩机而引起。
根据本发明，对于测量数据组之外的流量的SEC，有不同的计算方法，即外推数据。根据本发明的一个具体实施方案，大于数据点中的max(Fref)的F的<SECref>t(F)被设定并计算为：<SECref>t(F>max(Fref))＝<<SEC>t>V＝∑FEref(F)/∑FVref(F)。在这种情况下，SEC的所有平均值的体积加权平均值设定<SECref>t(F)。
根据又一个实施方案，通过计算<SECref>t(F)和<SECsav>t(F)或Tref期间在max(Fref)处的SECsav(t,F)的Δ(差值)并将相同Δ用于大于数据点中的max(Fref)的F，来设置和计算大于数据点中max(Fref)的F的<SECref>t(F)。
此外，根据另一个具体实施方案，大于或小于在Tref期间测量的最高或最低F的F被建模为<SECref>t(F)的连续外推，例如分段连续外推(参见图5c)。根据本发明，外推可以不同方式执行。根据一个实施方案，用于外推<SEC>ref(F)的模型包括一个或若干个压缩机正在操作其排出阀的情况。根据又一个实施方案，用于外推<SECref>t(F)的模型包括一个或若干个压缩机使用IGV(入口导向叶片)或VSD(变速驱动器)进行调节的情况。此外，应当指出的是，上述(即，不同形式的外推的)组合可用于根据本发明的方法中。
当可应用外推时，存在许多不同的实际用途。例如，外推可与一个或若干个压缩机的计算组合，然后可从能量节省计算中删除该一个或多个压缩机的功率贡献。这可应用的一个示例是压缩机发生故障或将附加的新压缩机添加到压缩机系统中。关于本发明，应该指出的是，表述“计算”就这一点而言可解释为“从理论模型或测量值导出的能量特征”。
此外，根据本发明的方法还可涉及模型计算中的其他参数。因此，根据一个具体实施方案，该方法包括计算不同<SECref>t(F)曲线并将其设置为第三参数的不同值的F的函数。对本发明的这种补充可提供3D计算，其中图中添加的轴表示第三参数。
比能耗随压力而变化。在热力学领域的整个文献中，众所周知的是，可以估计压力变化对压缩机效率的影响。一种常见的方法是使用不可逆的多变压缩过程来估计压力变化对压缩机工作负载的影响，并由此估计比能耗。根据本发明的提出的方法从操作模型中分离出了压力影响，这与其他方法相比具有优势，因为可以自由选择、改变或调整模型的参考压力，同时仍然可以在计算中考虑压力变化的影响。
从上面可以理解，根据本发明的方法的一个实施方案，第三参数是压缩机系统的操作压力。可能感兴趣的是，分别在压力调节之前和之后提供效率分布，其中之后的变化可参考压力和流量两者来量化。
另外，根据本发明，3D图形的可视化也可能是令人感兴趣的。因此，根据一个实施方案，该方法还包括绘制不同的<SECref>t(F)曲线以设置作为F和第三参数X的函数的<SECref>t(F,X)平面。
此外，根据本发明的方法可用于任何类型的压缩机系统，诸如空气压缩机，或与另一种类型的气体(非空气)一起操作的压缩机，或甚至蒸汽发生器(锅炉)，单个以及多个系统。根据一个具体实施方案，根据本发明的方法用于空气压缩机。根据本发明的另一个具体实施方案，根据本发明的方法旨在用于包括多个压缩机(例如多个空气压缩机)的系统。
附图说明
在下文中，给出了附图的描述。在图1中呈现了形成根据本发明的方法的起点的基本方程模型。某个时间段的作为流量F的函数的时间平均SEC(即<SEC>t)，从E(F)/V(F)得到。这可以是根据本发明的方法的一个起点。另一条路线是经由P/F，其然后在某个时间和流量提供瞬时SEC，即SEC(t,F)。应当指出的是，还可以执行计算<SEC>t＝<P>t(F)/F，即，计算某个时间周期内某个流量处的时间平均功率，然后除以该流量。该最后一条路线给出了与E/V相同的结果，因为<P>(F)*(在流量F处产生空气所花费的时间)＝E(F)。
在图2中，提供了根据本发明的方法的下一步骤的图形可视化。从上文关于图1的描述中可以理解，通过使用在流量范围内的E和V的测量数据点，可从公式Eref(F)/Vref(F)来计算<SECref>t(F)的值。
关于权利要求、说明书和附图，应当指出的是，参考通常被缩写为“ref”，样本被缩写为“sav”，并且时间被缩写为“t”。此外，并且从上文可以清楚地看出，能量被设定为“E”并且流量被设定为“F”。这将在下文部分“术语”中进一步解释。
在图3中，示出了在流量范围内创建用于<SECref>t的内插参考曲线。然后，根据图4，这被用于计算在压缩机系统中的公共输出流量F范围内的<SECref>t和SECs(t)(a)或<SECsav>t(b)之间的差值，即通过使用SECsav(t,F)或<SECsav>t(F)。如图4所示，这然后可用于计算能量节省，根据以下公式计算：Esave(x)＝(<SECref>t(x)-SECsav(t,x))*Vsav(t,x)或Esave(F)＝(<SECref>t(F)-<SECsav>t(F))*Vsav(F)，这继而可提供总能量节省作为增量能量节省的总和。
在图5a至图5c中，提供了根据本发明的方法的不同实施方案，当Fsav>max(Fref)时，即高于所测量的最大公共输出流量时，设定值。在图5a中呈现了第一替代方案。在这种情况下，将<SECref>t(Fsav)设置为<<SECref>t>V＝∑FEref/∑FVref。公式下面的图示出面积提供所需的总和。
根据图5b，示出了根据本发明的方法的另一个实施方案。在这种情况下，<SECref>t(F)和Tref期间在max(Fref)SEC中的sav(t,F)的Δ(差值)也用于计算大于max(Fref)的F的<SECref>t(F)。这通过图5b所示的公式以及在给出的曲线图中示出。
此外，在图5c中，示出了本发明的又一个实施方案。如公式所述，在这种情况下，<SECref>t(Fsav)＝f(F)，其中f(max(Fref))＝<SECref>t(max(Fref))并且f(F)是分段连续的。根据该实施方案，在分别大于或小于Tref期间测量的最高或最低F的F的<SECref>t(F)可被建模为<SECref>t(F)的连续外推。
术语
Claims (24)
1.一种用于相对于压缩机系统中的公共输出流量分析用于产生单位质量或体积的压缩气体的能量(比能耗)的方法，所述方法包括以下步骤：
-对于时间间隔Tref，收集所述压缩机系统中的公共输出流量Fref和能量(或功率)消耗Eref(或Pref)的参考测量数据点；
-由所述测量数据点计算作为所述公共输出流量Eref(F)(或<Pref>t(F))的函数的能量(或功率)使用，并且计算作为所述公共输出流量Vref(F)的函数的体积输出；
-根据公式Eref(F)/Vref(F)(或<Pref>t(F)/Fref)计算作为公共输出流量<SECref>t(F)的函数的用于产生单位质量或体积的压缩气体所消耗的平均能量；
-对于时间间隔Tsav，收集所述压缩机系统中的公共输出流量Fsav和能量(或功率)消耗Es(Ps)的测量数据点；
-根据公式Esav(F)/Vsav(F)(或<Psav>t(F)/Fsav)或来自Psav/Fsav的SECsav(t,F)计算作为所述公共输出流量<SECsav>t(F)的函数的用于产生单位质量或体积的压缩气体所消耗的能量；
-计算所述压缩机系统中公共输出流量F的范围内的<SECref>t(F)和<SECs>t(F)或SECsav(t,F)之间的差值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法涉及在所述计算中使用Eref(F)、Vref(F)、Psav、Fsav、Eref(F)/Vref(F)和Psav/Fsav。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述方法涉及在Tref期间收集数据，然后对所述压缩系统执行改变，然后在所述时间间隔Tsav期间收集数据，最后比较所述数据。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中由与<SECsav>t(F)(或SECsav(t,F))和Vsav(F)(或Vsav(t,F))不同的压缩系统部分地或完全地模拟、构造或构成<SECref>t(F)和Vref(F)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述计算步骤在Tsav期间的所述测量数据点中的公共输出流量Fsav的整个范围内执行。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中在Tsav期间的测量是在单个数据点上执行。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述方法涉及在Tref或Tsav期间仅使用所述数据的子集。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法涉及检测涉及数据错误的数据点以及标记或移除这些错误数据点。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中流量F处的所述能量节省计算为
ESAVE(F)＝(<SECref>t(F)-<SECsav>t(F))*Vsav(F)
或
ESAVE(F)＝(<SECref>t(F)-SECsav(t,F))*Vsav(t,F)，
其中F是指在测量数据点的整个范围内的任何公共输出流量。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述总能量节省计算为∑FESAVE(F)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述总成本节省计算为∑FESAVE(F)*成本，其中成本是每单位能量的以任何货币单位计的成本。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中SECsav(t,F)和Fsav是模拟数据以分析模拟时间段Tsav的节省。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中Eref(F)、<Pref>t(F)、Vref(F)、<SECref>t(F)和能量节省ESAVE(F)的任一个或多个函数被绘制为相对于F的函数。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中
为在Tref期间没有测量数据的F计算<SECref>t(F)。
15.根据14所述的方法，其中所述方法还包括决定F的<SEC>ref(F)，所述F大于Tref期间的所述数据点中的最高F，即max(Fref)。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中大于所述数据点中的max(Fref)的F的所述<SECref>t(F)被设定并计算为：<SEC>ref(F)＝<<SEC>t>V＝∑FEref(F)/∑FVref(F)。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的方法，其中通过计算<SECref>t(F)和Tref期间在max(Fref)中的SECsav(t,F)的Δ(差值)并将相同Δ用于大于所述数据点中的max(Fref)的F，来设置和计算所述F的<SECref>t(F)。
18.根据权利要求13或14所述的方法，其中分别大于或小于Tref期间测量的最高或最低F的F的所述<SECref>t(F)被建模为<SECref>t(F)的分段连续外推。
19.根据权利要求18所述的方法，其中用于外推<SECref>t(F)的所述模型包括一个或多个压缩机正在操作其排出阀的情况。
20.根据权利要求18所述的方法，其中用于外推<SECref>t(F)的所述模型包括一个或多个压缩机正在使用IGV或VSD进行调节的情况。
21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法包括计算不同<SECref>t(F)曲线并将其设置为第三参数的不同值的F的函数。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述第三参数是所述压缩机系统的操作压力。
23.根据权利要求21或22所述的方法，其中所述方法还包括绘制不同的<SECref>t(F)曲线以设置作为F和所述第三参数X的函数的<SECref>t(F,X)平面。
24.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述压缩机系统包括多个压缩机。
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