專利名稱：氣流壓縮機(jī)控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體壓縮機(jī)系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及一種用于氣 體壓縮機(jī)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
壓縮氣體，特別是壓縮空氣，有很多應(yīng)用，例如用于加工，車間 所用壓縮空氣或者其它應(yīng)用。壓縮機(jī)系統(tǒng)一般包括放置在一個(gè)或多個(gè) 外殼中的幾個(gè)組件。這些系統(tǒng)中的范例組件包括組裝在一起的電機(jī)和 驅(qū)動(dòng)器，壓縮機(jī)模塊，以及分離器系統(tǒng)(水分和/或油)。電機(jī)可以通 過將能量從電機(jī)傳輸?shù)綁嚎s機(jī)模塊的皮帶和皮帶輪系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)模 塊，或者通過(其它到其它)傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)模塊，或者還可以 直接驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)模塊。
很多壓縮空氣系統(tǒng)中，空氣帶有一定量的水分并且在一些結(jié)構(gòu)中， 潤(rùn)滑劑也會(huì)作為壓縮過程的一部分留在空氣中。許多壓縮機(jī)系統(tǒng)包括 空氣干燥器，用于去除所述空氣中的大部分的水分。所述空氣干燥器 使用包括冷卻，吸收，吸附等過程在內(nèi)的干燥過程來干燥壓縮空氣。 在空氣干燥過程中， 一般都會(huì)在壓縮空氣流中出現(xiàn)壓力下降的情況。 這樣，空氣干燥器降低了壓縮機(jī)系統(tǒng)的整個(gè)效率。

發(fā)明內(nèi)容
一種控制器，該控制器用于通過在所述系統(tǒng)的幾個(gè)點(diǎn)監(jiān)視壓力值
來增加氣流系統(tǒng)的效率。增加的效率減小了能量消耗并且也減少了維 護(hù)的必要性。特別地，所述控制器可以動(dòng)態(tài)測(cè)量并監(jiān)視多個(gè)壓力點(diǎn)之 間的壓力差值。例如，所述控制器可以監(jiān)視在或靠近壓縮機(jī)排氣口處 的排氣(冷卻器后的)壓力。類似地，所述控制器也可以監(jiān)視在或靠 近干燥器處或者在或靠近使用點(diǎn)處的系統(tǒng)排氣壓力。然后，所述控制 器使用所述排氣(冷卻后)壓力值和系統(tǒng)排氣壓力值之間的壓力差值 來動(dòng)態(tài)改變或調(diào)整壓縮機(jī)的速度以保持使用點(diǎn)處的所需壓力下的所需 空氣流量，同時(shí)根據(jù)電機(jī)或者控制器的命令減小或者最小化能量或者 電能消耗。
一種形式中，本發(fā)明提供了一種氣體壓縮系統(tǒng)，其可操作以向使 用點(diǎn)傳輸壓縮氣體流。所述氣體壓縮系統(tǒng)包括壓縮機(jī)，其可操作以產(chǎn) 生第一壓力的壓縮氣體；電機(jī)，其可操作以壓縮機(jī)速度驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī) 以及氣體處理元件，其被放置用于接收來自所述壓縮機(jī)的壓縮氣體流 并傳輸?shù)诙毫Φ膲嚎s氣體流至使用點(diǎn)。控制器可操作以響應(yīng)所述第 一壓力和所述第二壓力之間的差值改變壓縮機(jī)速度。
另一種形式中，本發(fā)明提供了一種控制由壓縮機(jī)產(chǎn)生的氣流的方 法。該方法包括以下步驟測(cè)量與壓縮機(jī)相關(guān)的第一壓力值；測(cè)量顯 示使用點(diǎn)處空氣使用率的第二壓力值；以及確定所述第一壓力值和所 述第二壓力值之間的壓力差值。該方法也包括至少部分地根據(jù)所述壓 力差值調(diào)整電機(jī)速度。
又一種形式中，本發(fā)明提供了一種氣體壓縮系統(tǒng)，該系統(tǒng)可操作 以向使用點(diǎn)傳輸壓縮氣體流。所述氣體壓縮系統(tǒng)包括壓縮機(jī)和變速電 機(jī)，所述壓縮機(jī)可操作以產(chǎn)生第一壓力的壓縮氣體流，所述變速電機(jī) 可操作以以在低速和高速之間的壓縮機(jī)速度驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。干燥器被設(shè) 置用于接收來自所述壓縮機(jī)的壓縮氣流并傳輸?shù)诙毫Φ母稍飰嚎s氣 流至使用點(diǎn)。第一壓力傳感器被設(shè)置用以測(cè)量所述第一壓力并產(chǎn)生表 示所述第一壓力的第一信號(hào)，第二壓力傳感器被設(shè)置用以測(cè)量所述第
二壓力并產(chǎn)生表示所述第二壓力的第二信號(hào)?？刂破骺刹僮饕越邮账?述第一信號(hào)和所述第二信號(hào)，并計(jì)算表示所述第一壓力和所述第二壓 力之間壓力差值的第三信號(hào)?？刂破饕部刹僮饕皂憫?yīng)所述第三信號(hào)改
變壓縮機(jī)速度。
本發(fā)明的其它方面通過對(duì)詳細(xì)的說明和附圖加以理解即可明了。


圖l是實(shí)施本發(fā)明的氣流系統(tǒng)
圖2是本發(fā)明一些實(shí)施例中實(shí)施的過程的流程圖。
具體實(shí)施例方式
在具體說明本發(fā)明的任何實(shí)施例之前，應(yīng)該明白本發(fā)明在其應(yīng)用 上不限于下面說明中或附圖展示中所闡述的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)以及組件放置。 本發(fā)明可以用于其它實(shí)施例并且用不同的方式進(jìn)行實(shí)踐或?qū)嵤Ｒ脖?須明白這里使用的語言和術(shù)語是用于說明而不能認(rèn)為是限制。
圖1是以圖解的形式展示氣流系統(tǒng)100。氣流系統(tǒng)100包括被控 制器108控制的壓縮機(jī)模塊104。壓縮機(jī)模塊104包括引擎或電機(jī)112 以及壓縮機(jī)116。所述壓縮機(jī)包括容納一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)組件的外殼，所 述組件用于在壓縮機(jī)116內(nèi)部壓縮流體。在一種結(jié)構(gòu)中，使用了旋轉(zhuǎn) 式螺桿壓縮機(jī)，而其它結(jié)構(gòu)中使用其它類型的壓縮機(jī)(比如，離心式， 往復(fù)式，齒輪式，擺線式等等)。
電機(jī)112包括輸出軸118，其與壓縮機(jī)116連接來驅(qū)動(dòng)單個(gè)或多 個(gè)移動(dòng)組件并產(chǎn)生壓縮空氣。在一種結(jié)構(gòu)中，電機(jī)112以固定速度運(yùn) 行。在更優(yōu)選的結(jié)構(gòu)中，可變速度驅(qū)動(dòng)器，例如變頻驅(qū)動(dòng)器120控制 電機(jī)112并在要求速度范圍內(nèi)運(yùn)行電機(jī)112和壓縮機(jī)116。通過改變壓 縮機(jī)116的速度，驅(qū)動(dòng)器120能夠改變?cè)趬嚎s機(jī)排氣口 122處排出的 壓縮空氣的量以及其壓力。
壓縮機(jī)排氣壓力傳感器128放置在壓縮機(jī)排氣口 122附近或者在 排氣口 122下游的管道124中來測(cè)量所述壓縮空氣的排氣壓力。壓力 傳感器12S能夠連續(xù)地測(cè)量排氣壓力或周期地對(duì)排氣壓力進(jìn)行取樣。 排氣傳感器128產(chǎn)生表示所測(cè)量的排氣壓力的電信號(hào)并傳輸此信號(hào)給 控制器108來使用。
氣流系統(tǒng)IOO也包括空氣干燥器132，其接收來自壓縮機(jī)模塊104 通過管道1.24傳輸?shù)膲嚎s空氣。空氣干燥器132干燥壓縮空氣來減小 所述空氣的露點(diǎn)溫度并抑制冷凝。例如，在一種結(jié)構(gòu)中，干燥器132 首先在壓縮氣流中冷卻空氣流來產(chǎn)生冷凝。然后直接使其流向去除冷 凝水的水分分離器。然后加熱壓縮氣流使其溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于露點(diǎn)溫度， 這樣減少了在使用所述空氣過程中發(fā)生水冷凝的可能性。在另外結(jié)構(gòu) 中，使用了干燥劑干燥系統(tǒng)。在所述干燥器干燥系統(tǒng)中，使壓縮氣流 通過吸水物質(zhì)來移除壓縮氣流中的水分。另外，空氣干燥器132可以 根據(jù)當(dāng)前應(yīng)用包括循環(huán)或非循環(huán)干器132。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)知 道，使用任何空氣干燥系統(tǒng)都會(huì)在在壓縮氣流中產(chǎn)生壓力下降。另外， 在任何給定系統(tǒng)中流量越大，壓力下降得越大。
干燥器模塊132通過管道136排出干燥空氣至使用點(diǎn)138.如果需 要，可以在使用點(diǎn)138處安裝隔離閥139。在干燥器排氣口 142附近或 者干燥器132下游的管道136中放置干燥器排氣壓力傳感器140來測(cè) 量干燥器排氣壓力。干燥器排氣壓力傳感器140可以連續(xù)地測(cè)量干燥 器排氣壓力或者可以周期地對(duì)干燥器排氣壓力進(jìn)行取樣。干燥器排氣 壓力傳感器140產(chǎn)生表示測(cè)量的干燥器排氣壓力的電信號(hào)并傳輸該信 號(hào)給控制器108來使用。
控制器108接收排氣壓力傳感器信號(hào)和干燥器排氣壓力傳感器信 號(hào)并使用這兩個(gè)信號(hào)與參考值一起產(chǎn)生控制信號(hào)。具體地，控制器108 使用上述兩個(gè)傳感器信號(hào)來計(jì)算壓力差值。然后比較計(jì)算得到的數(shù)值
與參考值來產(chǎn)生控制信號(hào)。然后傳輸所述控制信號(hào)給變頻驅(qū)動(dòng)器120
來控制電機(jī)112和壓縮機(jī)116的速度。
圖2是流程圖200，進(jìn)一步展示在本發(fā)明一些實(shí)施例中發(fā)生的過 程包括可以用軟件，固件，或硬件實(shí)施的過程。應(yīng)注意的是，在圖2 方塊204中，壓縮機(jī)排氣壓力傳感器128動(dòng)態(tài)地監(jiān)視或感應(yīng)由壓縮機(jī) 模塊104在壓縮機(jī)模塊排氣口 122處產(chǎn)生的壓力。在圖2方塊208中， 干燥器排氣壓力傳感器140也動(dòng)態(tài)地監(jiān)視或測(cè)量在干燥器模塊排氣口 142處與干燥器模塊132相關(guān)的壓力。
如附圖2的方塊212所示的過程中，控制器108動(dòng)態(tài)地確定由壓 縮機(jī)排氣壓力傳感器128和干燥器排氣壓力傳感器140測(cè)量的壓力值 之間的差值。如附圖2中方塊214所示的過程中，控制器108將計(jì)算 得到的壓力差值和參考值148例如所要求的壓力差值相比較。然后控 制器108根據(jù)比較的結(jié)果動(dòng)態(tài)地改變或調(diào)整控制信號(hào)，并傳輸該控制 信號(hào)至變頻驅(qū)動(dòng)器120。變頻驅(qū)動(dòng)器120根據(jù)所述壓力差值調(diào)整在圖2 方塊216中的電機(jī)112的驅(qū)動(dòng)頻率。如圖2方塊220所示的過程中， 控制器108傳輸驅(qū)動(dòng)頻率信號(hào)至壓縮機(jī)模塊104中來驅(qū)動(dòng)電機(jī)112，電 機(jī)112依次驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)116。在一些結(jié)構(gòu)中，控制器108也根據(jù)在圖2 方塊224過程中計(jì)算得到的壓力差值驅(qū)動(dòng)干燥模塊132。這樣，在壓縮 機(jī)模塊104中的電機(jī)112的運(yùn)行速度以及壓縮機(jī)116的速度被保持在 一定的速度以產(chǎn)生所在所需壓力下的所需空氣量，從而減少電機(jī)112 和/或變頻驅(qū)動(dòng)器120的電能消耗。
在運(yùn)行氣流系統(tǒng)100的過程中，電機(jī)112用于旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)116。 壓縮機(jī)116響應(yīng)電機(jī)112的旋轉(zhuǎn)輸出處于一定壓力的一定量的壓縮空 氣。壓縮機(jī)排氣傳感器128測(cè)量壓縮機(jī)排氣口 122處壓縮空氣的壓力， 并傳輸表示該數(shù)值的信號(hào)給控制器108。然后所述壓縮空氣流動(dòng)通過空 氣干燥器132，在干燥器132中去除了壓縮空氣中包含的部分水分。由 于壓縮空氣通過了空氣干燥器132，產(chǎn)生了壓力下降。壓力下降的大小
很大程度上是通過空氣干燥器132的質(zhì)量流量或流速的函數(shù)，高質(zhì)量
流量或高流速產(chǎn)生了較大的壓力下降。通過空氣干燥器132之后，干 燥器排放壓力傳感器140測(cè)量壓縮空氣的壓力并傳輸表示該測(cè)量得到 的數(shù)值的信號(hào)至控制器108。然后壓縮空氣流到使用點(diǎn)138，例如歧管 或者分配中心。同時(shí)，控制器108計(jì)算測(cè)量得到的壓力值之間的差值 并將此差值和參考值比較來產(chǎn)生控制信號(hào)。
在沒有空氣使用的期間，使用點(diǎn)138處的空氣流量降至零或非常 接近零。因?yàn)橥ㄟ^空氣干燥器132的流速降低了，壓力的降低變小并 且壓縮機(jī)排氣壓力和空氣干燥器排氣壓力之間的差值接近零。因?yàn)閴?力差值減小，控制器108產(chǎn)生的控制信號(hào)繼續(xù)指示變頻驅(qū)動(dòng)器120減 慢電機(jī)運(yùn)行以減少來自壓縮機(jī)116的流量。在一些結(jié)構(gòu)中，達(dá)到壓力 差閾值并且控制器108給變頻驅(qū)動(dòng)器120發(fā)出停止壓縮機(jī)116運(yùn)行的 信號(hào)。
當(dāng)有高空氣使用期間，在使用點(diǎn)138處的空氣被快速地從系統(tǒng)中 抽出。因?yàn)榭諝庖瞥?，通過空氣干燥器132的流速增大以代替用過的 空氣，從而壓縮機(jī)排氣口 122和空氣千燥器排氣口 142之間產(chǎn)生更大 的壓力下降。因?yàn)閴毫Σ钪翟龃?，控制?08產(chǎn)生的控制信號(hào)作用以 增加電機(jī)112的速度。增加的速度導(dǎo)致相應(yīng)的壓縮機(jī)116速度的增加， 壓縮機(jī)116空氣輸出的量也因此增加。增加的氣流通過空氣干燥器132 并幫助保持空氣干燥器排氣口 142處的壓力。這樣，控制系統(tǒng)能夠用 壓力差值來控制壓縮機(jī)116的輸出和速度。
應(yīng)注意，本控制系統(tǒng)可以用于控制多個(gè)壓縮機(jī)系統(tǒng)也可以用于控 制如上所述的單個(gè)壓縮機(jī)系統(tǒng)。在多個(gè)壓縮機(jī)系統(tǒng)中，控制器可以控 制幾個(gè)并聯(lián)的變頻驅(qū)動(dòng)器，可以控制一個(gè)變頻驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)或多個(gè)定 速壓縮機(jī)，可以控制幾個(gè)串聯(lián)的變頻驅(qū)動(dòng)器，或可以控制幾個(gè)串聯(lián)的 定速驅(qū)動(dòng)器。
此外，當(dāng)前面所描述的和展示的結(jié)構(gòu)包括空氣干燥器132時(shí)，其 它的結(jié)構(gòu)可以額外地使用其它的附件，或者代替空氣干燥器132。例如 另一個(gè)結(jié)構(gòu)在空氣干燥器132之外使用油分離器。仍然，其它結(jié)構(gòu)可 以只包括油分離器并且可以移除空氣干燥器132。如這些所述，本發(fā)明 不應(yīng)限于單獨(dú)使用空氣干燥器。
盡管參考一些描述的結(jié)構(gòu)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)地描述，在本發(fā)明的 范圍和本意內(nèi)可以有改變和修改。
權(quán)利要求
1. 一種氣體壓縮系統(tǒng)，其可操作以向使用點(diǎn)傳輸壓縮氣體流，所述氣體壓縮系統(tǒng)包括壓縮機(jī)，其可操作以產(chǎn)生第一壓力的壓縮氣體流；電機(jī)，其可操作以以壓縮機(jī)速度驅(qū)動(dòng)所述壓縮機(jī)；氣體處理元件，其被設(shè)置以接收來自所述壓縮機(jī)的壓縮氣體流并以第二壓力將所述壓縮氣體流傳輸至所述使用點(diǎn)；控制器，其可操作以響應(yīng)所述第一壓力和所述第二壓力的差值改變所述壓縮機(jī)速度。
2. 如權(quán)利要求l所述的氣體壓縮系統(tǒng)，其中所述控制器包括變頻 驅(qū)動(dòng)器。
3. 如權(quán)利要求l所述的氣體壓縮系統(tǒng)，進(jìn)一步包括第一壓力傳感 器，其被設(shè)置以測(cè)量所述第一壓力。
4. 如權(quán)利要求3所述的氣體壓縮系統(tǒng)，進(jìn)一步包括第二壓力傳感 器，其被設(shè)置以測(cè)量所述第二壓力。
5. 如權(quán)利要求4所述的氣體壓縮系統(tǒng)，其中所述控制器計(jì)算所述 第一壓力和所述第二壓力的差值。
6. 如權(quán)利要求5所述的氣體壓縮系統(tǒng)，其中所述控制器至少部分 響應(yīng)所述差值與參考值之間的第二差值來改變所述壓縮機(jī)速度。
7. 如權(quán)利要求l所述的氣體壓縮系統(tǒng)，其中所述氣體處理元件包 括干燥器，該干燥器可操作以去除所述壓縮氣體流中的水分。
8. 如權(quán)利要求l所述的氣體壓縮系統(tǒng)，其中所述第二壓力響應(yīng)所 述使用點(diǎn)處的使用率變化。
9. 一種控制由壓縮機(jī)產(chǎn)生的氣流的方法，所述方法包括以下步驟測(cè)量與所述壓縮機(jī)相關(guān)的第 一壓力值； 測(cè)量表示使用點(diǎn)處的空氣使用率的第二壓力值； 確定所述第一壓力值和所述第二壓力值之間的壓力差值；以及 至少部分地基于所述壓力差值調(diào)整電機(jī)速度。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括將所述壓力差值與參考 值對(duì)比的步驟。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)所述壓力差值大于 所述參考值時(shí)增大所述電機(jī)速度的步驟。
12. 如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)所述壓力差值小于 所述參考值時(shí)降低所述電機(jī)速度的步驟。
13. 如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟在所述壓 縮機(jī)和所述使用點(diǎn)之間放置干燥器，以使得在所述干燥器的上游測(cè)量 所述第一壓力并在所述干燥器的下游測(cè)量所述第二壓力。
14. 如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括運(yùn)行所述干燥器以去 除包含在所述氣流中的部分水分的步驟。
15. —種氣體壓縮系統(tǒng)，該氣體壓縮系統(tǒng)可操作以傳輸壓縮氣體流至使用點(diǎn)，所述氣體壓縮系統(tǒng)包括壓縮機(jī)，其可操作以產(chǎn)生處于第一壓力的壓縮氣體流； 變速電機(jī)，其可操作以在低速和高速之間以壓縮機(jī)速度驅(qū)動(dòng)所述壓縮機(jī)； 干燥器，其被放置以接收來自所述壓縮機(jī)的壓縮氣體流并且以第 二壓力將干燥的壓縮氣體流傳輸至所述使用點(diǎn)；第一壓力傳感器，其被放置以測(cè)量所述第一壓力并且產(chǎn)生表示所 述第一壓力的第一信號(hào)；第二壓力傳感器，其被放置以測(cè)量所述第二壓力并且產(chǎn)生表示所 述第二壓力的第二信號(hào)；控制器，其可操作以接收所述第一信號(hào)和所述第二信號(hào)并且計(jì)算 第三信號(hào)，所述第三信號(hào)表示所述第一壓力和所述第二壓力之間的壓 力差值，所述控制器可操作以響應(yīng)所述第三信號(hào)改變所述壓縮機(jī)速度。
16. 如權(quán)利要求15所述的氣體壓縮系統(tǒng)，其中所述控制器包括變 頻驅(qū)動(dòng)器。
17. 如權(quán)利要求15所述的氣體壓縮系統(tǒng)，其中所述第一壓力傳感器基本上鄰近壓縮機(jī)排氣口放置。
18. 如權(quán)利要求15所述的氣體壓縮系統(tǒng)，其中所述第二壓力傳感 器基本上鄰近干燥器排氣口放置。
19. 如權(quán)利要求15所述的氣體壓縮系統(tǒng)，其中當(dāng)所述第三信號(hào)大 于參考值時(shí)所述控制器增大所述電機(jī)的驅(qū)動(dòng)速度。
20. 如權(quán)利要求15所述的氣體壓縮系統(tǒng)，其中當(dāng)所述第三信號(hào)小 于參考值時(shí)所述控制器降低所述電機(jī)的驅(qū)動(dòng)速度。
21. 如權(quán)利要求15所述的氣體壓縮系統(tǒng)，其中所述第二壓力響應(yīng) 所述使用點(diǎn)處的使用率變化。
全文摘要
一種氣體壓縮系統(tǒng)可操作以向使用點(diǎn)傳輸壓縮氣體流。所述氣體壓縮系統(tǒng)包括壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)可操作以產(chǎn)生第一壓力的壓縮氣體流；電機(jī)，該電機(jī)可操作以以壓縮機(jī)速度驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)；以及氣體處理元件，該氣體處理元件用于接收來自所述壓縮機(jī)的壓縮氣體流并以第二壓力傳輸所述壓縮氣體流至使用點(diǎn)?？刂破?，該控制器可操作以響應(yīng)所述第一壓力和所述第二壓力的差值來改變所述壓縮機(jī)速度。
文檔編號(hào)F04B49/06GK101379294SQ200780004288
公開日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2007年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月1日
發(fā)明者吉米·L·萊文, 維普·R·米斯特雷 申請(qǐng)人:英格索爾-蘭德公司