CN1738974A - 用于制造压缩气体的设备及使用该设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于制造压缩气体的设备及使用该设备的方法。该设备包括：都安装有切换装置(32，34，36)的三个压缩机(4，6，8)，这些压缩机通过管(14)、过滤器(16)连接到用于压缩流体的容器(12)的入口(10)；一个通过管路(20)和阀(22)连接到一系统的出口(18)；一个电流源(24)；三个连接线(26，28，30)；一个流体压力传感器(54)；一个自动装置(CMD)，它包括一个中央处理器(CPU)、一个存储单元(MEM)，一个设备控制程序(PRG)、通过线(58)连接到压力传感器(54)的输入端(56)、连接到电话线(80)的检测装置、连接到第一控制线(66)、以及第二控制线(68)和第三控制线(64)的三个输出端(60，62，64)。所述设备可用于制造压缩空气。

Description

用于制造压缩气体的设备及使用该设备的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造压缩流体的方法以及一种用于实施该方法的压缩流体制造设备。
背景技术
作为已知的压缩空气制造设备，在“L’Association Technique EnergieEnvironnement(Environment Energy Technical Association)”的1999年4月15日第224号ENERGIE PLUS期刊中公开的题为“Air compriméretour d′expérience sur une vente au mètre cube(compressed air，feedbackon sales by the cubic meter)”的文章中描述的设备就是一个例子。该设备包括至少两个压缩机，压缩机的出口侧连接到压缩空气网路，这些压缩机中的一个压缩机至少以固定速度运转且大小设计成持续在100％的容量下运转；另一个压缩机在变速下运转并且调节成能满足所需的流体流量。后一个压缩机根据空气网路中观测到的压力接通或被切断。当该设备包括多于两个的压缩机时，只有一个是变量输出。
现在，这种类型的设备不能经济地使用于大范围的流体流量内。
欧洲专利申请EP1249675描述了一种采用变频器控制一系列压缩机的方法。然而，这种方法通常需要与预期的节能不真正相匹配的财政投入，而且它设计仅用于档次最高的设备，例如空调站或制冷系统。
发明内容
本发明的一个目的是减少上述缺点，提供一种特别在能耗方面经济地供应压缩流体的设备。另一个目的是提供一种具有低维护成本的供应压缩流体的设备。
在进行研究以实现上述目的的背景下，申请人公司已意外地发现通过实施以下描述的设备可以显著地改善压缩机设备的单位总能量消耗。
这就是为什么根据第一方面本发明的主题是一种用于制造压缩流体的设备，包括：
n个压缩机，n大于或等于1，压缩机的出口侧连接到压缩流体网路，
对于所述压缩机中的每一个压缩机，将该压缩机连接到电源的一条连接线，
对于所述压缩机中的每一个压缩机，至少一个设计用来触发每个压缩机的状态变化的切换装置，
至少一个设计用来测量压缩流体网路中流体压力的压力传感器，以及
至少一个设计用来控制所述切换装置中的一个或另一个切换装置的控制装置，
其特征在于：
所述单个或多个控制装置连接到用于致动所述切换装置中的每一个切换装置的一个或多个单独致动装置，并且
所述单个或多个控制装置包括一个或多个选择装置，该选择装置能够根据取决于所述网路中所述压缩流体的压力的预定选择协议而选择要被启动或者切换到空转或者切换到压缩或者关闭的一个或多个压缩机。
在本发明的上下文中，对于每个压缩机，状态是指下列三种状态：
压缩机切断；
压缩机空转；
压缩机压缩。
使用于本发明主题的设备中的压缩机优选为“非此即彼/逻逻辑运算(allor nothing)”型。
根据本发明的另一优选的方面，所述压缩机是相同的。
“非此即彼”型压缩机主要意指归入该类型的商业上可获得的压缩机，更具体地是螺杆式压缩机。
压缩流体应理解为指总压力高于一个大气压的流体，更具体地为：空气、氧(O2)、氮(N2)、氩(Ar)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、氦(He)、一氧化二氮(N2O)、一氧化氮(NO)、一氧化二氮和氧气的混合物、二氧化碳和氧气的混合物、氮气和一氧化碳的混合物、氦和氧气的混合物，例如下述混合物：50％体积百分比(v/v)的N2O+50％体积百分比的O2，5％体积百分比的CO2和95％体积百分比的O2，在N2中含200～800ppm的NO，78％的He+22％体积百分比的O2，65％的He+35％O2，80％体积百分比的He+20％体积百分比的O2，或氮气和二氧化碳的混合物。
根据本发明另一优选的方面，在上文中限定的设备是一种用于制造压缩空气的设备。
在本发明的上下文中，预定选择协议应理解为指当压缩流体网路中观测到的压力越过两个极限值：下限阈压力(PSL)和上限阈压力(PSH)中的一个时，所作出的能产生选择而改变 或可选择地不改变所述设备中一个或多个压缩机的状态的全部测量和/或计数和/或计算。
根据本发明第一特定的方面，在上文中限定的设备包括二至六个压缩机。
根据本发明第二特定的方面，在上文中限定的设备包括至少一个能够随着时间的推进计算时间并且不间断地或间断地确定每个压缩机的每次状态变化的数据获取装置。
根据本发明的该特定方面，所述选择协议由所有的下列参数限定：
在初始化中设定的变量
Nc：每小时内压缩机启动的最大次数；该参数由压缩机制造商设定。
TMAV：切断之前的最小空转时间；
Tp：在被迫切换之前的运转时间；
TMAV’：在切换至压缩之前的最小空转时间。
不间断地计算的变量
T：当前时间内计算的时间。
在多个压缩机中的一个压缩机的每次状态变化时为每个压缩机计算的 变量
TC/V：在最后一小时内最后一次状态变化(压缩至空转)的时间；
TMG：从设备接通起总运转小时数(总运转时间)
T1，T2…TNC：在最后一小时内从最近的启动T1到最早的启动TNC的启动时间的集合；
ND：在最后一小时内所执行的启动次数；
TRDEM：至下一次可能启动的时间。
根据本发明主题的方法的一种可选择的形式，代替监控每个压缩机的总运转时间TMG，监控它们的总压缩时间(TMCG)，这表现了从设备启动起压缩的小时数。
根据该特定方面的优选模式，控制装置包括一个可编程控制器，其特征在于，它包括一个包括存储器和能够选择的计算机程序的中央处理器，该计算机程序能够在观测到的压力P超过阈压力PSH或PSL时通过在上文中限定的选择协议来选择在一给定时刻t需要被启动或者切换到空转或者切换到压缩或者切断的所述一个或多个压缩机。这个可编程控制器可能包括允许自身被远程控制的装置。
根据本发明的第四特定方面，在前面限定的设备中，压缩机经由它们的出口侧通过一第一连接管并行地连接到一压缩流体缓冲容器，所述缓冲容器通过安装有一截止阀的一第二连接管连接到所述压缩流体网路。第一连接管优选安装有一过滤器。
本发明的另一个主题是一种采用上文中限定的设备制造压缩流体的方法，其特征在于，在一定时间段内，该方法包括下列操作步骤中的一个或另一个：
(a)当压缩流体网路中所述设备下游的流体压力在上限阈压力PSH和下限阈压力PSL之间的范围内时，在所述网路中的该流体压力通过该设备的压缩机中的至少一个压缩机保持在该范围内；
(b)当所述网路中的流体压力在一参数化的时间段内下降到PSL以下时，
(i)在所述设备的压缩机中的仅仅一个压缩机被切断而其它压缩机压缩的情况下，所述切断的压缩机接通并被切换至压缩；
(ii)或者在所述设备的压缩机中的几个压缩机被切断而其它压缩机压缩的情况下，在最后一小时内每小时的启动次数(ND)为最低的那个切断的压缩机被切换至压缩，如果几个切断的压缩机都具有相同的最小启动次数(ND)，那么总运转时间(TMG)最短的那个压缩机被切换至压缩；
(iii)或者在所述设备的所有压缩机都被切断的情况下，启动次数(ND)最低的那个切断的压缩机被切换至压缩，如果几个切断的压缩机都具有相同的最小启动次数(ND)，那么总运转时间(TMG)最短的那个压缩机被切换至压缩；
(iv)或者在所述设备的压缩机中的仅仅一个压缩机空转而其它压缩机正在压缩或被切断的情况下，所述空转的压缩机被切换至压缩；
(v)或者在所述设备的压缩机中的几个压缩机空转而其它压缩机正在压缩或被切断的情况下，至下一次可能启动的时间(TRDEM)最长的那个空转的压缩机被切换至压缩，如果几个空转的压缩机具有相同的最大的至下一次可能启动的时间(TRDEM)，那么启动次数(ND)最高的那个压缩机被切换至压缩，如果几个空转的压缩机具有相同的最大的至下一次可能启动的时间(TRDEM)和相同的最大启动次数(ND)，那么总运转时间(TMG)最短的那个压缩机被切换至压缩；
(vi)或者在所述设备的所有压缩机都空转的情况下，至下一次可能启动的时间(TRDEM)最长的那个空转的压缩机被切换至压缩，如果几个切断的压缩机具有相同的最大的至下一次可能启动的时间(TRDEM)，那么启动次数(ND)最高的压缩机被切换至压缩，如果几个切断的压缩机具有相同的最大的至下一次可能启动的时间(TRDEM)和相同的最大启动次数(ND)，那么总运转时间(TMG)最短的压缩机被切换至压缩；
(c)当所述网路中的流体压力在一参数化的时间段内高于PSH时，
(i)在所述设备的压缩机中的仅仅一个压缩机正在压缩而其它压缩机被切断或空转的情况下，所述(压缩的)压缩机被切换至空转；
(ii)或者在所述设备的压缩机中的几个压缩机正在压缩而其它压缩机被切断或空转的情况下，每小时内可能的启动次数(NC-ND)最高的那个压缩的压缩机被切换至空转，如果几个压缩的压缩机具有相同的最大启动次数(NC-ND)，那么总运转时间(TMG)最长的那个压缩机被切换至空转；
(iii)或者在所述设备的所有压缩机都正在压缩的情况下，每小时内可能的启动次数(NC-ND)最高的那个压缩的压缩机被切换至空转，如果几个压缩的压缩机具有相同的最大启动次数(NC-ND)，那么总运转时间(TMG)最长的那个压缩机被切换至空转。
在上文限定的方法中，数值NC通常在2和8之间。
如果NC是在一给定小时内压缩机启动均匀分布的基础上确定的，那么压缩机切断且不能重新启动的时间就能确定。这个称为“至下一次可能启动的时间”或“TRDEM”的以小时为单位的时间因此小于(1/NC)小时。当在上一小时内没有启动时，TRDEM等于0。
普遍公知的是，压缩机不能从压缩状态直接切换至切断状态而不在一最短时间段内保持在空转状态，在这里最短的时间段称作切断前的最短空转时间或TMAV。
在上文限定的方法中，TMAV通常大于或等于30秒。
在上文限定的方法中，TMG或总运转时间表示从设备启动时一个给定的压缩机已经运转的小时数。
根据上文限定的方法的第三特定方面，当压缩机已经空转的一时间段大于TMAV时，该压缩机将被切断。
根据上文限定的方法的第四特定方面，当所述设备中至少一个压缩机被切断且至少一个压缩机正在压缩时，且当从所述压缩的压缩机最后一次启动起的时间大于一切换时间TP且其TMG大于该切断的压缩机的TMG时，那么该切断的压缩机切换至压缩而该压缩的压缩机被切断。
上述方法特别适合于制造压缩空气。
根据本发明的最后方面，本发明的一个主题是一种用于实施上文限定的方法的计算机程序。
附图说明
通过阅读以下仅作为例子给出并参照附图的描述，本发明将更好理解。
其中：
图1是根据本发明的压缩流体制造设备的示意图；和
图2为示出随着时间的推移流体压力的变化以及对压缩机相应的调节的图表。
具体实施方式
这种设备2包括三个压缩机4、6和8，每个压缩机安装有能够将它们切换至切断、空转和压缩三种状态中一种状态的切换装置32、34和36，这三个压缩机通过安装有过滤器16的第一连接管14并行地连接到压缩流体的缓冲容器12的入口10。缓冲容器12的出口18通过安装有截止阀22的第二连接管20连接到压缩空气用户网路(未示出)。
压缩机4、6和8是润滑螺杆式压缩机。这样的压缩机是例如KAESER销售的DSD201/7.5巴型的压缩机。
这种设备2还包括电源，在这个例子中为三相电源24。
这种设备2包括三个第一三线连接线26、28和30。每个第一连接线26、28和30分别将压缩机4、6和8中的一个连接到电源24。
一个用于检测流体压力的压力传感器54位于流体网路中压缩机4、6和8的下游，例如在缓冲容器12中。
该设备12还包括一个控制装置，在该例中是一个可编程控制器CMD。
该控制装置CMD包括通过传感器线58连接到压力传感器54的输入端56，从而能够检测流体网路中的流体压力P。
控制器CMD还包括连接到用于控制切换装置32、34和36的第一、第二和第三控制线66、68和70的三个输出端60、62和64。
输出端60、62和64和相关的控制线66、68和70设计成控制压缩机4、6和8的切换。
输出端60、62和64根据流体压力P受控制器CMD的中央处理器CPU控制。
除了中央处理器CPU，可编程控制器CMD包括储存器MEM，在该存储器中存储有上限阈压力PSH和下限阈压力PSL以及所有与上文中参数和变量相关的所需数据和用于控制设备性能的程序PRG，该程序PRG能够在检测到的压力P超过阈压力PSH或PSL时选择在一给定瞬间t需要被启动或者切换至空转或者切换至压缩或者切断的那个或那些压缩机。
另外，对于每个压缩机4、6和8，存储器MEM存储相关的压缩机4、6和8的总运转时间。
使用于控制器CMD中的程序PRG根据排它(互斥)连接模式控制切换装置32、34和36。
控制器CMD还安装有用于检测设备2的元件中的一个元件的故障的检测装置。
这些装置连接到电话线80，以便在出现故障时给维护人员发警报。
图2示出空气网路中所获得的压力P在一小时的时间段内的变化(的图表)，以及根据本发明(新控制规则)和背景技术(旧控制规则)的并行的三个压缩机(CO1、CO2、CO3)的状态变化的两个图表。
两个图表的横坐标表示三个压缩机的各种状态：MC-压缩；MV-空转；SB-切断。
这个图显示出根据新控制规则的方法能够消除存在于根据旧控制规则(图表中涂成灰色的部分)的方法中的大部分空转时间。
在结束文中描述的实践(实验，experiment)时，发现与已有技术中描述的设备相比，根据本发明的设备能够节省约10％的能量。

Claims (15)

1、一种用于制造压缩流体的设备，包括：
n个压缩机，n大于或等于1，该压缩机的出口侧连接到一压缩流体网路；
对于所述压缩机中的每一个压缩机，用于将该压缩机连接到一电源的一条连接线；
对于所述压缩机中的每一个压缩机，设计用来触发所述压缩机中的每一个压缩机的状态变化的至少一个切换装置；
至少一个设计用来测量所述压缩流体网路中的流体压力的压力传感器；以及
至少一个设计用来控制所述切换装置中的一个或另一个的控制装置，
其特征在于：
所述单个或多个控制装置连接到用于致动所述切换装置中的每一个切换装置的一个或多个单独致动装置，并且
所述单个或多个控制装置包括一个或多个选择装置，该选择装置能够根据取决于所述网路中的所述压缩流体的压力的预定选择协议而选择要被启动或者切换到空转或者切换到压缩或者关闭的一个或多个压缩机。
2、如权利要求1所述的设备，其特征在于：所用的压缩机优选为“非此即彼”类型。
3、如权利要求1和2中任一项所述的设备，其特征在于：所述压缩机是相同的。
4、如权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于：所述压缩流体是压缩空气。
5、如权利要求1至4中任一项所述的设备，其特征在于：包括二至六个压缩机。
6、如权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于：包括至少一个能够随着时间的推进而计算时间并且不间断地或间断地确定每个压缩机的每次状态变化的数据获取装置。
7、如权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于，所述控制装置包括一可编程控制器，该可编程控制器包括：一个包括存储器和计算机程序的中央处理单元，该计算机程序能够在检测到的压力P超过阈压力PSH或PSL时选择在一给定时刻t需要被启动或者切换至空转或者切换至压缩或者切断的一个或多个压缩机；和允许自身被远程控制的可能的装置，所述可编程控制器能够采用设计用于上述选择协议的程序而运转。
8、如权利要求1至7中任一项所述的设备，其特征在于：所述压缩机经由它们的出口侧通过一第一连接管并行地连接到一压缩流体缓冲容器，所述缓冲容器通过安装有一截止阀的一第二连接管连接到所述压缩流体网路。
9、如权利要求8所述的设备，其特征在于：所述第一连接管安装有一过滤器。
10、如权利要求1至9中任一项所述的设备(2)，包括：
都安装有一切换装置(32)、(34)和(36)的三个压缩机(4)、(6)和(8)，这些压缩机通过安装有一过滤器(16)的一第一连接管(14)并行地连接到一压缩流体缓冲容器(12)的入口(10)；所述缓冲容器(12)的一出口(18)通过安装有一截止阀(22)的一第二连接管(20)连接到一压缩流体用户网路；
一个三相电源(24)；
三个三线连接线(26)、(28)和(30)，各连接线分别将所述压缩机(4)、(6)和(8)中的一个压缩机连接到所述电源(24)；
用于检测流体压力的压力传感器(54)，它位于所述流体网路中的所述压缩机(4)、(6)和(8)的下游，如位于所述缓冲容器(12)中；
一个控制装置，在本例中为一可编程控制器(CMD)，它包括：
一个中央处理器(CPU)，
一个存储器(MEM)，在该存储器中存储有上限阈压力PSH和下限阈压力PSL以及与上面提到的参数和变量有关的所有获取的数据，
用于控制设备性能的程序(PRG)，该程序能够在检测到的压力P超过所述阈压力PSH或PSL时选择在一给定瞬间t需要被启动或者切换至空转或者切换至压缩或者切断的所述的一个或多个压缩机，
通过一传感器线(58)连接到所述压力传感器(54)的一输入端(56)，
用于检测所述设备(2)的元件中的一个元件的故障的检测装置，它们连接到一电话线(80)，
三个连接到用于控制所述切换装置(32)、(34)和(36)的第一控制线(66)、第二控制线(68)和第三控制线(70)的输出端(60)、(62)和(64)，所述输出端(60)、(62)和(64)以及相关的控制线(66)、(68)和(70)设计成用于所述压缩机中的每一个压缩机切换至下列三种状态中的一种或另一种：切断、空转和压缩；所述输出端(60)、(62)和(64)对应于流体压力P受所述控制器(CMD)的中央处理器(CPU)控制。
11、一种采用权利要求1至10中任一项所述的设备制造压缩流体的方法，其特征在于：在一定时间段内，该方法包括下列操作步骤中的一个或另一个：
(a)当压缩流体网路中所述设备下游的流体压力在上限阈压力PSH和下限阈压力PSL之间的范围内时，所述网路中的流体压力通过所述设备的压缩机中的至少一个压缩机而保持在所述范围内；
(b)当所述网路中的流体压力在一参数化的时间段内下降在下限阈压力(PSL)以下时，
(i)在所述设备的压缩机中的仅仅一个压缩机被切断而其它压缩机正在压缩的情况下，所述切断的压缩机接通并被切换至压缩；
(ii)或者在所述设备的压缩机中的几个压缩机被切断而其它压缩机正在压缩的情况下，在最后一小时内每小时的启动次数(ND)为最低的那个切断的压缩机被切换至压缩，如果几个切断的压缩机都具有相同的最小启动次数(ND)，那么总运转时间(TMG)最短的那个压缩机被切换至压缩；
(iii)或者在所述设备的所有压缩机都被切断的情况下，启动次数(ND)最低的那个切断的压缩机被切换至压缩，如果几个切断的压缩机都具有相同的最小启动次数(ND)，那么总运转时间(TMG)最短的那个压缩机被切换至压缩；
(iv)或者在所述设备的压缩机中的仅仅一个压缩机空转而其它压缩机正在压缩或被切断的情况下，所述空转的压缩机被切换至压缩；
(v)或者在所述设备的压缩机中的几个压缩机空转而其它压缩机正在压缩或被切断的情况下，至下一次可能启动的时间(TRDEM)最长的那个空转的压缩机被切换至压缩，如果几个空转的压缩机具有相同的最大的至下一次可能启动的时间(TRDEM)，那么启动次数(ND)最高的那个压缩机被切换至压缩，如果几个空转的压缩机具有相同的最大的至下一次可能启动的时间(TRDEM)和相同的最大启动次数(ND)，那么总运转时间(TMG)最短的那个压缩机被切换至压缩；
(vi)或者在所述设备的所有压缩机都空转的情况下，至下一次可能启动的时间(TRDEM)最长的那个空转的压缩机被切换至压缩，如果几个切断的压缩机具有相同的最大的下一次可能启动的时间(TRDEM)，那么启动次数(ND)最高的那个压缩机被切换至压缩，如果几个切断的压缩机具有相同的最大的至下一次可能启动的时间(TRDEM)和相同的最大启动次数(ND)，那么总运转时间(TMG)最短的那个压缩机被切换至压缩；
(c)当所述网路中的流体压力在一参数化的时间段内高于上限阈压力(PSH)时，
(i)在所述设备的压缩机中的仅仅一个压缩机正在压缩而其它压缩机被切断或空转的情况下，所述压缩机被切换至空转；
(ii)或者在所述设备的压缩机中的几个压缩机正在压缩而其它压缩机被切断或空转的情况下，每小时内可能的启动次数(NC-ND)最高的那个压缩的压缩机被切换至空转，如果几个压缩的压缩机具有相同的最大启动次数(NC-ND)，那么总运转时间(TMG)最长的那个压缩机被切换至空转；
(iii)或者在所述设备的所有压缩机都正在压缩的情况下，每小时内可能的启动次数(NC-ND)最高的那个压缩的压缩机被切换至空转，如果几个压缩的压缩机具有相同的最大启动次数(NC-ND)，那么总运转时间(TMG)最长的那个压缩机被切换至空转。
12、如权利要求11所述的方法，其特征在于，当压缩机已经空转的一时间段大于切断之前的最小空转时间(TMAV)且次数(NC-ND)大于或等于1时，该压缩机被切断。
13、如权利要求11和12中任一项所述方法，其特征在于，当所述设备中至少一个压缩机被切断且至少一个压缩机正在压缩时，且当从所述压缩的压缩机最后一次启动起的时间大于一切换时间(TP)且其总运转时间(TMG)大于所述切断的压缩机的总运转时间(TMG)时，那么所述切断的压缩机被切换至压缩而所述压缩的压缩机被切断。
14、如权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述压缩流体为压缩空气。
15、一种实施权利要求11至14中任一项所述的方法的计算机程序。
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