CN114165425B - 全自动变工况压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了全自动变工况压缩机，包括：协调控制单元，用于对压缩机的工况进行调节，将目标设定出气压强与压缩机规格数据中的各级压缩出气压强进行比对，同时将压缩机进气端的进气压强与各级进气压强准入值进行比较，确定压缩机工作的压缩等级区间；异常分析单元，用于对压缩机在工作过程中是否存在泄漏或喘振堵塞现象进行分析并将分析结果发送至反馈处理单元进行对应处理，反馈处理单元定期对压缩机的各种工况数据在时间层面上进行分析，总结规律并制定策略，优化压缩机的工况，同时根据气源的进气压强适配压缩机不同的压缩等级，对压缩机的工况进行适时调整，保证了压缩机的正常工作状态，提高了效率，减少异常情况的发生。

Description

全自动变工况压缩机

技术领域

本发明涉及压缩机技术领域，具体为全自动变工况压缩机。

背景技术

原料气压缩机广泛应用于工业生产中，通过将原料气进行压缩，使其达到设定压强要求并向远端供应，但是在压缩机的使用过程中，原料气的进气端在一般情况下压强不稳定，而现有的压缩机在对原料气进行压缩的过程中并不对气源压力进行区分，从而给出不同的处理方式，这样的方式增加的工作时间和运行成本，另一方面，压缩机在不同工况的气源条件下频繁切换，容易发生堵塞和泄露等问题，为此，我们提供全自动变工况压缩机。

发明内容

本发明的目的在于提供了全自动变工况压缩机。

本发明所解决的技术问题为：

(1)如何根据气源的进气压强适配压缩机不同的压缩等级，对压缩机的工况进行适时调整；

(2)如何通过对压缩机的进气量和出气量进行计算，同时对其进气压强与进气流量的波动情况确定压缩机的泄露和堵塞喘振情况；

(3)如何通过反馈处理单元定期对压缩机的各种工况数据在时间层面上进行分析，总结规律并制定策略，优化压缩机的工况。

本发明可以通过以下技术方案实现：全自动变工况压缩机，包括：协调控制单元，用于对压缩机的工况进行调节，将目标设定出气压强与压缩机规格数据中的各级压缩出气压强进行比对，同时将压缩机进气端的进气压强与各级进气压强准入值进行比较，确定压缩机工作的压缩等级区间；异常分析单元，用于对压缩机在工作过程中是否存在泄漏或喘振堵塞现象进行分析并将分析结果发送至反馈处理单元进行对应处理。

本发明的进一步技术改进在于：所述协调控制单元在将目标设定出气压强与压缩机规格数据中的各级压缩出气压强进行比较操作时，当目标设定出气压强处于两个压缩等级对应的压缩出气压强范围内，则判定两者中压缩等级高的作为压缩机工作的最高压缩等级。

本发明的进一步技术改进在于：所述协调控制单元将进气压强与各级进气压强准入值进行比较，当进气压强大于等于对应压缩等级的进气压强准入值时，则将对应压缩等级设定为当前压缩机工作的最低压缩等级。

本发明的进一步技术改进在于：当压缩机进气口处的进气压强超出目标设定出气压强时，通过控制进气阀门的进气流量匹配目标设定出气压强，原料气不需要经过压缩机处理直接传输至气体输出端。

本发明的进一步技术改进在于：在压缩机工作时，所述异常分析单元截取一定时间长度内的压缩机各个工况条件下的进气端数据和出气端数据，通过积分操作得到进气流量和出气流量，从而利用公式得出进气口气体分子数和出气口气体分子数，根据两者的差值率计算比对，判定压缩机是否发生泄漏。

本发明的进一步技术改进在于：当判定压缩机发生泄漏时，通过对每个工作状态下的压缩段的进气口分子数和出气口分子数进行计算比对，从而确定发生泄漏的准确位置。

本发明的进一步技术改进在于：所述异常分析单元还通过对压缩机振动和噪声的监控分析，并实时计算出气压强和出气流量的变化率，进而确定压缩机是否处于喘振堵塞状态。

本发明的进一步技术改进在于：所述反馈处理单元对异常分析单元产生的信号进行识别并利用协调控制单元对进气阀门或出气阀门进行调节控制。

本发明的进一步技术改进在于：所述反馈处理单元还定期对压缩机在对应工况下原料气的进气压强和压缩机的压缩等级进行分析，得出该压缩等级和进气压强出现频次最高的时间段，以此生成气源调节策略并将其整合至反馈日志中进行存储。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

1、通过协调控制单元对目标设定出气压强与压缩机规格数据中的各级压缩出气压强进行比较，同时将进气压强与各级进气压强准入值进行比较，分别得出压缩机工作的最高压缩等级和压缩机工作的最低压缩等级，应对每种气源条件适时变换压缩机的工况，在匹配目标设定出气压强的同时，降低了压缩机的运行时间和运行成本，提高了原料气的压缩效率，节省了能源；

2、通过异常分析单元进行积分计算，得到进气流量和出气流量，根据进气口和出气口位置的气体分子数的差值率计算比对，进一步在每个压缩段进行相同操作，得到发生泄漏的准确位置，同时通过对噪声以及振动数据进行监控，在进气压强和进气流量波动大的情况下确定喘振堵塞现象的发生，进而采取对应措施及时解决对应异常问题，避免因异常问题无法及时发现解决导致设备损坏或者生产无法正常进行的问题；

3、通过反馈处理单元定期对压缩机的各种工况数据在时间层面上进行分析，出该压缩等级和进气压强出现频次最高的时间段并制定对应策略，为后续的压缩生产工作提供指导，优化压缩机的工况，提高了效率，减少异常情况的发生。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的系统框图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。

请参阅图1所示，全自动变工况压缩机，包括气源监测单元、协调控制单元、异常分析单元、反馈处理单元和存储单元；

气源监测单元基于OPC采集器用于对压缩机的进气端数据和出气端数据进行实时采集，OPC采集器通过关联温度传感器、电子压力表和流量计将实时获取到的数据传输至存储单元进行存储，进气端数据和出气端数据均包括气体温度、气体压强和气体流速；

存储单元中存储有压缩机的规格数据，规格数据中包括压缩机的级数和每一级所能到达的气体压缩后的气压范围，即压缩机的级数即气体经过压缩升压的次数，以三级压缩机为例：可以对气体进行三次压缩操作，且每一次压缩后的气体压强发生数量级变化，规格数据还包括压缩机的进气口截面面积和出气口截面面积；

协调控制单元从存储单元中提取进气端的进气压强数据，压缩机出气口端的需求压强可以在压缩机的规格数据内进行设定，将其标记为目标设定出气压强，协调控制单元根据进气压强数据和目标设定出气压强对压缩机的工况进行调整，具体为：

步骤S11：将目标设定出气压强与压缩机规格数据中每一级对应的气压范围进行比较，后文将对应压缩等级后的出气压强称之为N级压缩出气压强，其中N为正整数，当N-1级压缩出气压强≤目标设定出气压强≤N级压缩出气压强时，则判定压缩机要开启第N级压缩才能满足压强要求；

步骤S12：压缩机的每一级压缩均有进气压强准入值，将进气端的进气压强数据与各级进气压强准入值进行比对，当进气压强数据处于两个压缩等级的进气压强准入值之间时，则判定压缩机从两个压缩等级中较低等级开始进行压缩，将该压缩等级标记为第M级，其中，M为小于N的正整数；

步骤S13：当进气压强数据≥第N级进气压强准入值时，判定进气压强过大，生成进气压强预警信号；将进气压强数据与目标设定出气压强代入到计算式：

将得到的压强偏移系数与预设的偏移系数允许值进行比较，当压强偏移系数≤偏移系数允许值时，判定进气压强数据与目标设定出气压强相匹配，则此时不需要启动压缩机，直接打开对应阀门连通进气管道和出气管道，当压强偏移系数大于偏移系数允许值时，会出现以下两种情况：

当进气压强数据小于目标设定出气压强时，则判定原料气的进气压强与目标设定出气压强差距大，则需要启动第M级-第N级压缩；

当进气压强数据大于目标设定出气压强时，则判定进气压强过大，需要进行控制，生成进气调压信号。

协调控制单元针对不同进气压强数据对压缩机的工作状态进行控制后，压缩机自动变化工况进行运转，压缩机在工作过程中，异常分析单元定期从存储单元中获取进气端数据和出气端数据进行数据分析，从而检测压缩机在频繁的变工况工作情况下是否有堵塞或泄露情况的发生，异常分析单元每一次进行数据分析后会自动生成时间戳，以便于在下一次进行数据分析访问存储单元时自动过滤时间戳之前的数据，控制数据样本数量，提高了数据分析效率，同时协调控制单元，将进气压强预警信号和进气调压信号传输至反馈处理单元，反馈处理单元接收到对应信号后对进气阀门和出气阀门的开度进行调节并把将对应的具体数据记录到反馈日志中；

异常分析单元进行数据分析的具体步骤为：

步骤S21：将进气端数据与出气端数据与压缩机所处的对应工况进行关联，在进行数据采集时，气源监测单元对压缩机所处的对应工况的开始时间和结束时间进行记录，并将其标记为工作时序数据；

步骤S22：从压缩机的每种对应工况中截取5-10分钟时长范围内的进气端数据和出气端数据，将进气口的气体流速对截取的工作时序数据进行积分然后乘以进气口截面面积，得到在截取的工作时序数据内通过进气口的进气流量，同理，将出气口的气体流速对截取的工作时序数据进行积分然后乘以出气口截面面积，得到在截取的工作时序数据内通过出气口的出气流量；

步骤S23：分别计算对应工况下截取的时间范围内的进气口和出气口的气体温度均值、气体压强均值，并将进气口的进气流量、进气温度和进气压强分别标记为V_进、T_进、P_进，将出气口的出气流量、出气温度和出气压强分别标记为V_出、T_出、P_出，分别将上述数据代入到公式PV＝nRT中，得到n_进和n_出，n_进和n_出分别表示进气口气体分子数和出气口气体分子数，其中，R表示理想气体常数，且为定值；

步骤S24：将n_进和n_出进行差值运算，并将差值结果与n_进作比得到差值率，差值率与预设允许误差比较，当差值率小于预设允许误差，判定压缩机运行正常，不进行任何处理，当差值率大于等于预设允许误差时，判定压缩机存在原料气泄漏；

步骤S25：当出现原料气泄漏时，随机选取压缩机的某一工况，通过OPC采集器获取每一级气体压缩段的进气阀门和出气阀门处的气体流速、温度和压强，根据步骤S23中的方法计算出该气体压缩段的进气口分子数和出气口分子数，进而确定对应压缩段是否发生泄漏，确定发生泄漏的压缩段后，生成泄漏警报信号，并将对应的压缩段级数编号与泄漏警报信号进行绑定；

步骤S26：实时监测压缩机的振动数据和噪声数据，当振动数据和噪声数据均超过限定阈值且振动数据和噪声数据呈周期性变化，此时对压缩机出气口的出气压强和出气流量进行实时获取和变化率计算，当出气压强和出气流量的变化率超过百分之三十时，认定压缩机出现喘振堵塞现象，生成喘振堵塞信号。

异常分析单元将得到泄露警报信号与喘振堵塞信号传输至反馈处理单元进行识别处理，具体为：

当识别到泄露警报信号时，提取与泄露警报信号绑定的压缩段级数编号，对该压缩段级数编号标记为K，进而获取第k+1级的进气压强准入值，将其传输至协调控制单元，协调控制单元通过控制进气口的进气阀门开度将进气压强调节至对应的进气压强准入值，且设置报警提醒，在压缩机停机后提醒工作人员进行维护；

当识别到喘振堵塞信号时，协调控制单元通过增大进气阀门开度提高进气口的进气流量，当调整后十秒内,喘振现象仍然持续，压缩机强制停机，并关闭进气口阀门和出气口阀门，当工作人员确定原料气气源压强稳定后再重新开机工作；

反馈处理单元每天对原料气的进气压强进行数据统计并与工作时序数据和压缩机对应工况下的压缩等级进行对应，然后每月定期统计压缩机在某一压缩等级下工作的时间长度和工作时序数据重合率最高的时间段，并计算该时间段内的平均进气压强与目标设定出气压强的偏差值，生成气源调节策略，即在该时间段内，将原料气的进气压强增加或减少对应的偏差值，将生成的策略整合到反馈日志中，并将反馈日志自动保存至存储单元中，供工作人员随时进行查阅。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.全自动变工况压缩机，其特征在于，包括：协调控制单元，用于对压缩机的工况进行调节，将目标设定出气压强与压缩机规格数据中的各级压缩出气压强进行比对，同时将压缩机进气端的进气压强与各级进气压强准入值进行比较，确定压缩机工作的压缩等级区间；所述协调控制单元在将目标设定出气压强与压缩机规格数据中的各级压缩出气压强进行比较操作时，当目标设定出气压强处于两个压缩等级对应的压缩出气压强范围内，则判定两者中压缩等级高的作为压缩机工作的最高压缩等级；所述协调控制单元将进气压强与各级进气压强准入值进行比较，当进气压强大于等于对应压缩等级的进气压强准入值时，则将对应压缩等级设定为当前压缩机工作的最低压缩等级；当压缩机进气口处的进气压强超出目标设定出气压强时，通过控制进气阀门的进气流量匹配目标设定出气压强，原料气不需要经过压缩机处理直接传输至气体输出端；

具体步骤为：

步骤S11：将目标设定出气压强与压缩机规格数据中每一级对应的气压范围进行比较，后文将对应压缩等级后的出气压强称之为N级压缩出气压强，其中N为正整数，当N-1级压缩出气压强≤目标设定出气压强≤N级压缩出气压强时，则判定压缩机要开启第N级压缩才能满足压强要求；

步骤S12：压缩机的每一级压缩均有进气压强准入值，将进气端的进气压强数据与各级进气压强准入值进行比对，当进气压强数据处于两个压缩等级的进气压强准入值之间时，则判定压缩机从两个压缩等级中较低等级开始进行压缩，将该压缩等级标记为第M级，其中，M为小于N的正整数；

步骤S13：当进气压强数据≥第N级进气压强准入值时，判定进气压强过大，生成进气压强预警信号；将进气压强数据与目标设定出气压强代入到计算式：

将得到的压强偏移系数与预设的偏移系数允许值进行比较，当压强偏移系数≤偏移系数允许值时，判定进气压强数据与目标设定出气压强相匹配，则此时不需要启动压缩机，直接打开对应阀门连通进气管道和出气管道，当压强偏移系数大于偏移系数允许值时，会出现以下两种情况：

当进气压强数据小于目标设定出气压强时，则判定原料气的进气压强与目标设定出气压强差距大，则需要启动第M级-第N级压缩；

当进气压强数据大于目标设定出气压强时，则判定进气压强过大，需要进行控制，生成进气调压信号；

异常分析单元，用于对压缩机在工作过程中是否存在泄漏或喘振堵塞现象进行分析并将分析结果发送至反馈处理单元进行对应处理。

2.根据权利要求1所述的全自动变工况压缩机，其特征在于，在压缩机工作时，所述异常分析单元截取一定时间长度内的压缩机各个工况条件下的进气端数据和出气端数据，通过积分操作得到进气流量和出气流量，从而利用公式得出进气口气体分子数和出气口气体分子数，根据两者的差值率计算比对，判定压缩机是否发生泄漏。

3.根据权利要求2所述的全自动变工况压缩机，其特征在于，当判定压缩机发生泄漏时，通过对每个工作状态下的压缩段的进气口分子数和出气口分子数进行计算比对，从而确定发生泄漏的准确位置。

4.根据权利要求1所述的全自动变工况压缩机，其特征在于，所述异常分析单元还通过对压缩机振动和噪声的监控分析，并实时计算出气压强和出气流量的变化率，进而确定压缩机是否处于喘振堵塞状态。

5.根据权利要求1所述的全自动变工况压缩机，其特征在于，所述反馈处理单元对异常分析单元产生的信号进行识别并利用协调控制单元对进气阀门或出气阀门进行调节控制。

6.根据权利要求1所述的全自动变工况压缩机，其特征在于，所述反馈处理单元还定期对压缩机在对应工况下原料气的进气压强和压缩机的压缩等级进行分析，得出该压缩等级和进气压强出现频次最高的时间段，以此生成气源调节策略并将其整合至反馈日志中进行存储。

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