CN113294266A - 压缩机的空燃比调控装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本公开关于一种压缩机的空燃比调控装置及方法，属于压缩机技术领域。通过设置于助燃空气输入管道内的压力传感器，以及设置于压缩机的排烟通道内的氧含量传感器和温度传感器，向控制模块分别发送压力信号、氧含量信号以及温度信号，该控制模块根据上述信号判断空气的进气量与燃气的进气量的比例需要如何调节，从而向调节模块发送相应的第一调节信号，通过控制调风单元的开度，调控压缩机的空气和燃料的输送比。

Description

压缩机的空燃比调控装置及方法
技术领域
本公开涉及压缩机技术领域，特别涉及一种压缩机的空燃比调控装置及方法。
背景技术
整体式压缩机是气田生产的重点耗能设备，在天然气生产过程中,应用压缩机进行升压处理,才能实现天然气的生产分离处理，进而将天然气输送给用户，完成天然气生产的任务。
由于压缩机运行负荷是时刻变化的，目前通常使用的压缩机的发动机燃料供给量由安装在燃料气进气管路上的燃气进气转阀调节，其开度大小由压缩机负荷实时控制。但是，助燃空气量无法调节，一直是压缩机在最大负荷工况下所需要的助燃空气量。因此，在压缩机负荷降低后，供给的燃料量减少，但助燃空气量仍然保持在最大量，导致助燃空气量过多，排烟氧含量急剧升高，造成能耗偏高，能源浪费。
发明内容
本公开实施例提供了一种压缩机的空燃比调控装置及方法，能够解决目前常用的压缩机的空燃比调控装置及方法能耗偏高，能源浪费的问题。该技术方案如下：
一方面，提供了一种压缩机的空燃比调控装置，该装置包括：采集模块、控制模块以及调节模块；
该控制模块与该采集模块、该调节模块分别电性耦接；
该采集模块包括：设置于助燃空气输入管道内的压力传感器，以及设置于压缩机的排烟通道内的氧含量传感器和温度传感器；
该控制模块用于：基于该压力传感器传输的压力信号、该氧含量传感器传输的氧含量信号以及该温度传感器传输的温度信号，向该调节模块发送相应的第一调节信号；
该调节模块包括动力单元和调风单元，该调风单元包括：框体以及可转动的设置在该框体的内部的至少一个调节片；
该动力单元的输出轴与至少一个该调节片的转动轴连接。
在一种可能设计中，该动力单元包括：马达和减速齿轮；
该马达通过该减速齿轮连接该调节片。
在一种可能设计中，该动力单元还包括反馈子单元；
该反馈子单元用于将该调节片的转动角度信息发送至该控制模块；
该控制模块还用于基于该转动角度信息向该调节模块发送相应的第二调节信号。
在一种可能设计中，该控制模块包括初始参数设定单元和目标参数设定单元；
该初始参数设定单元用于；向该调节模块发送初始位置信号；
该目标参数设定单元用于：向该调节模块发送第一调节信号。
在一种可能设计中，该装置还包括数据发送模块；
该数据发送模块与该控制模块电性耦接，用于接收该控制模块发送的参数信号，将该参数信号发送至远程控制网关；
该参数信号包括：该压力信号、该氧含量信号、该温度信号以及该第一调节信号。
在一种可能设计中，该控制模块包括保护单元；
该保护单元用于在该压力信号超过预设阈值时，控制该调节片完全打开。
在一种可能设计中，该保护单元还用于：在该压力信号超过预设阈值时，发送报警信号。
在一种可能设计中，该调节片的数量为两个，两个该调节片的转动轴之间通过传动齿轮连接；
该动力单元的输出轴与任意一个该调节片的转动轴连接。
在一种可能设计中，该调风单元的内部的过流面积大于该压缩机的进风口面积。
一方面，提供了一种压缩机的空燃比调控方法，该方法应用于如上述任一种可能设计中提供的压缩机的空燃比调控装置，该方法包括：
控制模块获取该压力传感器传输的压力信号、该氧含量传感器传输的氧含量信号以及该温度传感器传输的温度信号；
基于该压力信号、该氧含量信号和该温度信号，该控制模块向该调节模块发送相应的第一调节信号；
基于该第一调节信号，该调节模块的至少一个调节片转动。
通过设置于助燃空气输入管道内的压力传感器，以及设置于压缩机的排烟通道内的氧含量传感器和温度传感器，向控制模块分别发送压力信号、氧含量信号以及温度信号，该控制模块根据上述信号判断空气的进气量与燃气的进气量的比例需要如何调节，从而向调节模块发送相应的第一调节信号，通过控制调风单元的开度，调控压缩机的空气和燃料的输送比。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本公开实施例提供的一种压缩机的空燃比调控装置的结构示意图；
图2是本公开实施例提供的一种调节模块3的结构示意图；
图3是本公开实施例提供的一种压缩机的空燃比调控方法的流程图；
图4是本公开实施例提供的一种压缩机的空燃比调控方法的工艺流程图。
附图中的各个标号说明如下：
1-采集模块；
11-压力传感器；
12-氧含量传感器；
13-温度传感器；
2-控制模块；
21-远程控制网关；
3-调节模块；
31-动力单元；
311-马达；
312-减速齿轮；
32-调风单元；
321-框体；
322-调节片；
323-传动齿轮。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
图1是本公开实施例提供的一种压缩机的空燃比调控装置的结构示意图，图2是本公开实施例提供的一种调节模块3的结构示意图，请参见图1和图2，该装置包括：采集模块1、控制模块2以及调节模块3；该控制模块2与该采集模块1、该调节模块3分别电性耦接；该采集模块1包括：设置于助燃空气输入管道内的压力传感器11，以及设置于压缩机的排烟通道内的氧含量传感器12和温度传感器13；该控制模块2用于：基于该压力传感器11传输的压力信号、该氧含量传感器12传输的氧含量信号以及该温度传感器13传输的温度信号，向该调节模块3发送相应的第一调节信号；该调节模块3包括动力单元31和调风单元32，该调风单元32包括：框体321以及可转动的设置在该框体321的内部的至少一个调节片322；该动力单元31的输出轴与至少一个该调节片322的转动轴连接。
下面对该装置的工作原理进行详述：
在将该装置应用于压缩机上时，首先可以设置调节模块3的初始参数，使压缩机的空燃比处于所需的范围内。在压缩机运行过程中，控制模块2获取该压力传感器11传输的压力信号、该氧含量传感器12传输的氧含量信号以及该温度传感器13传输的温度信号；基于该压力信号、该氧含量信号和该温度信号，该控制模块2向该调节模块3发送相应的第一调节信号；基于该第一调节信号，该调节模块3的至少一个调节片322转动。
具体地，每一台压缩机上可以设有多个调节模块3，多个调节模块3中的至少一个被上述控制模块2控制，其余可以是被手动控制，以应对多种复杂工况。
通过设置于助燃空气输入管道内的压力传感器11，以及设置于压缩机的排烟通道内的氧含量传感器12和温度传感器13，向控制模块2分别发送压力信号、氧含量信号以及温度信号，该控制模块2根据上述信号判断空气的进气量与燃气的进气量的比例需要如何调节，从而向调节模块3发送相应的第一调节信号，通过控制调风单元32的开度，调控压缩机的空气和燃料的输送比。
下面对该装置各部分的机构和工作原理进行详述：
在一种可能设计中，该动力单元31包括：马达311和减速齿轮312；该马达311通过该减速齿轮312连接该调节片322。
具体地，该马达311可以是伺服电机，伺服电机是指在自动控制系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达311间接变速装置。可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。在自动控制系统中作执行元件。
该减速齿轮312可以是由至少两个齿轮组合而成，各齿轮之间通过啮合方式连接以及传动。具体地，与马达311的输出轴相连的齿轮的公称直径较小，相对的，与调节片322相连的齿轮的公称直径较大，每两个互相啮合的齿轮的转动线速度相同，由于直径不同，直径大的齿轮的角速度相对较小，从而达到减速的效果，也即是，使调节片322的转动角度小于马达311的输出轴的转动角度。
基于该第一调节信号和该减速齿轮312的减速比，马达311可以在控制模块2的控制下转动一定的角度，从而使调节片322的转动角度符合需要。
例如，该第一调节信号中携带的调节片322转动角度为10°，减速齿轮312的减速比为2:1，那么该马达311的输出轴的转动角度为5°。
在一种可能设计中，该动力单元31还包括反馈子单元；该反馈子单元用于将该调节片322的转动角度信息发送至该控制模块2；该控制模块2还用于基于该转动角度信息向该调节模块3发送相应的第二调节信号。
具体地，该反馈子单元可以是设置于马达311上，该反馈子单元中包括角度传感器，在获取到马达311的转动角度信号后，基于减速齿轮312的减速比，得到调节片322的转动角度信息，进而向控制模块2发送。
该反馈子单元也可以设置于调节片322上，该反馈子单元中包括角度传感器，将获取到的调节片322的转动角度信号发送至控制模块2。
通过上述调节方式，精确控制该转动片的转动角度。
该调节片322的转动角度信息用于反映调节片322的实际转动角度与第一调节信号对应的转动角度是否一致，当两者一致时，控制模块2发送的第二调节信号中携带的调节片322转动角度为0°，也即是调节片322无需再次转动；当两者不一致时，控制模块2需要控制该调节片322向第一调节信号对应的位置靠近。
当两者不一致时，具体地，当该调节片322的转动角度小于该第一调节信号对应的转动角度时，控制模块2控制该调节片322继续转动；当该调节片322的转动角度大于该第一调节信号对应的转动角度时，控制模块2控制该调节片322向相反方向转动。因此，根据调节片322实际转动情况的不同，该第一调节信号对应的转动方向可以是与第一调节信号对应的转动方向相同或相反。
在一种可能设计中，该控制模块2包括初始参数设定单元和目标参数设定单元；该初始参数设定单元用于；向该调节模块3发送初始位置信号；该目标参数设定单元用于：向该调节模块3发送第一调节信号。
具体地，在该压缩机的初始配置过程中，可以根据压缩机的控制柜输出的负荷，也即是燃料的输送速度，以及预设的空气和燃料的输送比，获取空气的输送速度，得到该调节模块3的初始参数，也即是调节片322的初始位置，使该压缩机运行之初的输送比符合需要。其中，该燃料可以是天然气。
该目标参数设定模块中，可以预存分级设定的调节片322的开度信息与目标压力值之间的对应关系。具体的，该对应关系可以是在压缩机开始工作之前，通过实验获得，例如，可以使在压缩机投入自动运行之前，在不同的燃气负荷条件下，多次手动调节该调节片322的开度，每一个开度对应一个转动角度，记录不同开度对应的压力值、氧含量值以及温度值，并将上述开度、压力值、氧含量值、温度值之间的对应关系进行存储，并分级设定相应的调节目标和相应的第一调节信号。
进一步地，还可以对上述对应关系进行分析，以获取开度与压力值、氧含量值、温度值之间的变化关系。从而在后续使用过程中，基于目标压力值，获取到相应的转动角度，来作为第一调节信号。
在一种可能设计中，可以是基于压力信号、氧含量信号和温度信号综合分析来获取第一调节信号，例如，上述三个信号在控制过程中分别占有一定的权重，获取第一调节信号；也可以是根据各信号所占重要性的不同，首先调节最重要的信号，例如，可以压力信号为调节目标，基于目标压力值时，获取第一调节信号，本实施例对上述步骤的具体细节不作限定。
进一步地，在该装置运行稳定后，还可以根据反馈的转动角度，以及压力传感器11传输的压力信号、氧含量传感器12传输的氧含量信号以及温度传感器13传输的温度信号，进行进一步地调节，以使调节更为精确。
在一种可能设计中，该装置还包括数据发送模块4；该数据发送模块4与该控制模块2电性耦接，用于接收该控制模块2发送的参数信号，将该参数信号发送至远程控制网关21；该参数信号包括：该压力信号、该氧含量信号、该温度信号以及该第一调节信号。
该远程控制网关21用于储存上述参数信号，进一步地，该远程控制网关21上还设有物联网卡，通过该物联网卡将上述参数信号发送至云数据处理平台，该云数据处理平台能够对上述参数信号进行实时分析，对可能出现故障点进行提前预警并及时推送信息给现场服务人员。
在一种可能设计中，该数据发送模块4还可以与压力传感器11、氧含量传感器12以及温度传感器13分别电性耦接，以实时获取到压力信号、氧含量信号以及温度信号。
在一种可能设计中，该控制模块2包括保护单元；该保护单元用于在该压力信号超过预设阈值时，控制该调节片322完全打开。
具体地，当调节片322通过转动使开度减小时，助燃空气被吸入压缩机内的压力增大。在保证压缩机正常工作的前提下，可以根据压力上限设置预设阈值，当上述压力信号超过该预设阈值时，控制该调节片322完全打开，使风门达到全开状态。
在一种可能设计中，该保护单元还用于：在该压力信号超过预设阈值时，发送报警信号。以警示现场的操作员，操作员可以采取进一步地控制措施。
具体地，该报警信号可以是鸣笛或闪灯等，本实施例对此不作限定。
在一种可能设计中，该保护单元还可以将上述报警信号发送至云数据平台，引导设备维护人员及时对异常进行处理。
在一种可能设计中，该调节片322的数量为两个，两个该调节片322的转动轴之间通过传动齿轮323连接；该动力单元31的输出轴与任意一个该调节片322的转动轴连接。
上述传动齿轮323可以是包括两个相同的齿轮，且彼此啮合，从而保证两个调节片322的转动角度一致，便于控制风门的开度。
在一种可能设计中，该调风单元32的内部的过流面积大于该压缩机的进风口面积。
上述设计能够确保压缩机即使在满负荷运行时，也可以获得所需的助燃空气量。
上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本发明的可选实施例，在此不再一一赘述。
本公开实施例提供的装置，通过设置于助燃空气输入管道内的压力传感器11，以及设置于压缩机的排烟通道内的氧含量传感器12和温度传感器13，向控制模块2分别发送压力信号、氧含量信号以及温度信号，该控制模块2根据上述信号判断空气的进气量与燃气的进气量的比例需要如何调节，从而向调节模块3发送相应的第一调节信号，通过控制调风单元32的开度，调控压缩机的空气和燃料的输送比。
进一步地，该动力单元31还包括反馈子单元，用于将该调节片322的转动角度信息发送至该控制模块2，控制模块2基于该转动角度，发送第二调节信号，通过上述调节方式，精确控制该转动片的转动角度。
图3是本公开实施例提供的一种压缩机的空燃比调控方法的流程图，请参见图3，该方法应用于如上述任一种可能设计中提供的压缩机的空燃比调控装置，该方法包括：
301、控制模块2获取该压力传感器11传输的压力信号、该氧含量传感器12传输的氧含量信号以及该温度传感器13传输的温度信号。
具体地，该控制模块2可以是实时获取压力信号、氧含量信号以及温度信号，便于后续的控制过程及时进行，保证压缩机空燃比的实时调控；也可以是每个预设时间获取上述压力信号、氧含量信号以及温度信号，本实施例对此不作限定。
302、基于该压力信号、该氧含量信号和该温度信号，该控制模块2向该调节模块3发送相应的第一调节信号。
在该步骤中，该第一调节信号可以是包括调节片322的转动角度和转动方向信息，具体的，该转动方向信息可以是通过正负来区分。
303、基于该第一调节信号，该调节模块3的至少一个调节片322转动。
在具有多个调节片322时，可以是一个调节片322转动，也可以是多个调节片322同时转动。
具体地，多个调节片322同时转动时，该多个调节片322之间具有联动关系，从而使每个调节片322的转动方向相对应，转动角度一致，保证控制过程的精确。
上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本发明的可选实施例，在此不再一一赘述。
本公开实施例提供的方法，通过设置于助燃空气输入管道内的压力传感器11，以及设置于压缩机的排烟通道内的氧含量传感器12和温度传感器13，向控制模块2分别发送压力信号、氧含量信号以及温度信号，该控制模块2根据上述信号判断空气的进气量与燃气的进气量的比例需要如何调节，从而向调节模块3发送相应的第一调节信号，通过控制调风单元32的开度，调控压缩机的空气和燃料的输送比。
图4是本公开实施例提供的一种压缩机的空燃比调控方法的工艺流程图，请参见图4，压缩机组还可以包括压缩机组控制柜，用于对压缩机组的燃气的负压进行调节，以按照所需的流速向压缩机组内供应天然气，在空气和天然气混合后，混合气体进入动力缸，在动力缸内进行充分燃烧后，燃烧的尾气通过烟道排出。
空气通过调风器后用于助燃，调风器包括伺服电机和调风机构，空燃比控制端与调风器电性耦接，用于控制空气的流速，空燃比控制端，也即是控制模块还与网关电性耦接，网关用于接收参数信号，该参数信号包括：压力信号、氧含量信号以及温度信号。
基于上述结构，通过设置于助燃空气输入管道内的压力传感器11，以及设置于压缩机的排烟通道内的氧含量传感器12和温度传感器13，向控制模块2分别发送压力信号、氧含量信号以及温度信号，该控制模块2根据上述信号判断空气的进气量与燃气的进气量的比例需要如何调节，从而向调节模块3发送相应的第一调节信号，通过控制调风单元32的开度，调控压缩机的空气和燃料的输送比。
上述仅为本公开的较佳实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种压缩机的空燃比调控装置，其特征在于，所述装置包括：采集模块(1)、控制模块(2)以及调节模块(3)；
所述控制模块(2)与所述采集模块(1)、所述调节模块(3)分别电性耦接；
所述采集模块(1)包括：设置于助燃空气输入管道内的压力传感器(11)，以及设置于压缩机的排烟通道内的氧含量传感器(12)和温度传感器(13)；
所述控制模块(2)用于：基于所述压力传感器(11)传输的压力信号、所述氧含量传感器(12)传输的氧含量信号以及所述温度传感器(13)传输的温度信号，向所述调节模块(3)发送相应的第一调节信号；
所述调节模块(3)包括动力单元(31)和调风单元(32)，所述调风单元(32)包括：框体(321)以及可转动的设置在所述框体(321)的内部的至少一个调节片(322)；
所述动力单元(31)的输出轴与至少一个所述调节片(322)的转动轴连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述动力单元(31)包括：马达(311)和减速齿轮(312)；
所述马达(311)通过所述减速齿轮(312)连接所述调节片(322)。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述动力单元(31)还包括反馈子单元；
所述反馈子单元用于将所述调节片(322)的转动角度信息发送至所述控制模块(2)；
所述控制模块(2)还用于基于所述转动角度信息向所述调节模块(3)发送相应的第二调节信号。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制模块(2)包括初始参数设定单元和目标参数设定单元；
所述初始参数设定单元用于；向所述调节模块(3)发送初始位置信号；
所述目标参数设定单元用于：向所述调节模块(3)发送第一调节信号。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括数据发送模块(4)；
所述数据发送模块(4)与所述控制模块(2)电性耦接，用于接收所述控制模块(2)发送的参数信号，将所述参数信号发送至远程控制网关(21)；
所述参数信号包括：所述压力信号、所述氧含量信号、所述温度信号以及所述第一调节信号。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制模块(2)包括保护单元；
所述保护单元用于在所述压力信号超过预设阈值时，控制所述调节片(322)完全打开。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述保护单元还用于：在所述压力信号超过预设阈值时，发送报警信号。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述调节片(322)的数量为两个，两个所述调节片(322)的转动轴之间通过传动齿轮(323)连接；
所述动力单元(31)的输出轴与任意一个所述调节片(322)的转动轴连接。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述调风单元(32)的内部的过流面积大于所述压缩机的进风口面积。
10.一种压缩机的空燃比调控方法，其特征在于，所述方法应用于如上述权利要求1～权利要求9任一项所述的压缩机的空燃比调控装置，所述方法包括：
控制模块(2)获取所述压力传感器(11)传输的压力信号、所述氧含量传感器(12)传输的氧含量信号以及所述温度传感器(13)传输的温度信号；
基于所述压力信号、所述氧含量信号和所述温度信号，所述控制模块(2)向所述调节模块(3)发送相应的第一调节信号；
基于所述第一调节信号，所述调节模块(3)的至少一个调节片(322)转动。
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