Блок контроллера для управления скоростью двигателя, приводящего в действие компрессор с впрыском масла, и способ управления указанной скоростью - RU2725211C1

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к блоку контроллера для управления скоростью двигателя для привода компрессора с впрыском масла, причём указанный контроллер содержит: соединение для передачи данных, выполненное с возможностью соединения блока контроллера со средствами измерения; первый модуль, выполненный с возможностью приёма данных через упомянутое соединение для передачи данных, причём указанные данные содержат: измерение рабочего давления упомянутого компрессора и рабочей скорости двигателя, причём указанный первый модуль дополнительно сконфигурирован для приёма измеренного или извлеченного значения температуры окружающей среды.

Образование конденсата внутри компрессора с впрыском масла является известной проблемой. Если такой конденсат может образовываться, он может ухудшать качество впрыскиваемого в него масла или даже корпуса, или компрессорного элемента из-за коррозионного воздействия конденсата.

Одним из предложенных способов избежать таких рисков является контроль температуры внутри компрессора посредством регулировки потока впрыскиваемого масла через смесительный клапан, как это предлагается в документе WO 2007/045,052 A, в котором заявителем выступает фирма ATLAS COPCO AIRPOWER NV. Описанный здесь способ направлен на поддержание температуры сжатого газа выше точки росы посредством установки температуры смазочного и охлаждающего масла на желаемое значение и управления распределением такого охлаждающего масла через смесительный клапан.

Хотя такой предлагаемый метод обеспечивает правильное решение для преодоления проблемы, трубопровод и общая конструкция компрессора должны определяться на основании его конструкции, следовательно такое решение неосуществимо для уже существующего блока без необходимости значительных работ и затрат.

Другим аспектом, заслуживающим рассмотрения, является сложность общей конструкции после реализации такого способа, причём такая сложность влияет на частоту процесса обслуживания и его стоимость.

Принимая во внимание вышеуказанные недостатки, задачей настоящего изобретения является создание решения, позволяющего избежать образования конденсата в сжатом газе компрессора с впрыском масла через простое в реализации решение.

Ещё одной задачей настоящего изобретения является создание экономически эффективного решения, способного улучшить принцип работы существующих блоков без необходимости значительного вмешательства и без риска увеличения затрат на обслуживание после реализации такого решения.

Соответственно, предлагаемое решение направлено на значительное повышение эффективности блока при одновременном увеличении срока службы компрессора с впрыском масла и его компонентов, а также используемого в нём масла.

Настоящее изобретение решает, по меньшей мере, одну из вышеуказанных и/или других проблем, обеспечивая блок контроллера для управления скоростью двигателя для привода компрессора с впрыском масла, причём указанный блок контроллера содержит:

- соединение для передачи данных, выполненное с возможностью соединения блока управления с измерительными средствами;

- первый модуль, выполненный с возможностью приёма данных через упомянутое соединение для передачи данных, в котором упомянутые данные содержат: измерение рабочего давления упомянутого компрессора и рабочей скорости двигателя;

- упомянутый первый модуль дополнительно выполнен с возможностью приёма измеренного или извлечённого значения температуры окружающей среды;

отличающийся тем, что блок контроллера дополнительно содержит

- блок обработки, обеспеченный алгоритмом для определения минимальной рабочей скорости двигателя на основе измеренного рабочего давления, температуры окружающей среды и температуры точки росы;

- блок сравнения, выполненный с возможностью сравнения определённой минимальной рабочей скорости с извлечённой рабочей скоростью двигателя;

- упомянутый блок обработки, дополнительно содержащий блок генерирования сигнала, выполненный с возможностью отправки сигнала в упомянутый двигатель для увеличения рабочей скорости двигателя, по меньшей мере, до определённой минимальной рабочей скорости, если указанная извлечённая рабочая скорость ниже, чем определённая минимальная рабочая скорость.

Поскольку блок контроллера использует измеренные значения рабочего давления и рабочей скорости двигателя, такой контроллер может быть легко установлен на любые существующие блоки без необходимости серьезных вмешательств для введения дополнительных трубопроводов или арматуры.

Как правило, существующий компрессор использует такие измеренные значения для адаптации схемы работы, чтобы удовлетворить потребностям в сети пользователя, и из-за этого блок контроллера в соответствии с настоящим изобретением может быть просто подключён к существующему контроллеру или такой существующий контроллер может просто заменяться, значительно снижая сложность реализации в существующих функционирующих установках.

Другим преимуществом блока контроллера, в соответствии с настоящим изобретением, является низкое влияние на производительность существующих блоков, поскольку вмешательство для подключения блока контроллера в соответствии с настоящим изобретением может быть выполнено очень быстро, и улучшенный существующий блок может быть запущен и может увеличить производительность в очень короткий промежуток времени.

Поддерживая рабочую скорость двигателя, по меньшей мере, на том же самом значении, что и определённая минимальная рабочая скорость, блок контроллера поддерживает температуру системы выше или приблизительно выше точки конденсации, уменьшая или даже устраняя риски образования конденсата внутри компрессор с впрыском масла.

Следовательно, блок контроллера, в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивает очень простую реализацию и эффективное по стоимости решение для существующих компрессоров, повышающее эффективность таких установок и увеличивающее срок службы масла, используемого для целей охлаждения и смазки.

Кроме того, известно, что если такой конденсат образуется в компрессоре с впрыском масла, даже элемент компрессора или его корпус могут испытывать повреждения или даже разрушаться из-за коррозионного воздействия такого конденсата. Благодаря использованию блока управления, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, такие риски сводятся к минимуму или даже предотвращаются, а срок службы компрессора с впрыском масла увеличивается.

Ещё одно преимущество блока контроллера, в соответствии с настоящим изобретением, состоит в том, что, используя измеренное рабочее давление, измеренную или извлечённую температуру окружающей среды и рабочую скорость двигателя, блок контроллера активно настраивает рабочие параметры таким образом, что диапазон регулирования компрессора с впрыском масла уменьшается. С помощью уменьшения диапазона регулирования увеличивается срок службы компрессора с впрыском масла и поддерживается его эффективность.

В контексте настоящего изобретения диапазон регулирования следует рассматривать как производительность компрессора с впрыском масла, которая может определяться как соотношение между минимальной естественной подачей воздуха и максимальной естественной подачей воздуха.

Под естественной подачей воздуха следует рассматривать объём воздуха на выпускном отверстии сжатого воздуха, рассчитанный при давлении в один бар*. Минимальная естественная подача воздуха определяется при минимальной скорости двигателя, приводящего в действие элемент компрессора, при котором определяется потребность в сети пользователя, тогда как максимальная естественная подача воздуха определяется при максимальной скорости двигателя, приводящего в действие элемент компрессора.

Настоящее изобретение дополнительно относится к способу управления скоростью двигателя, приводящего в действие компрессор с впрыском масла, причём способ включает, по меньшей мере, следующие этапы:

- измерение рабочего давления компрессора с впрыском масла и отправка измеренного значения в первый модуль блока контроллера;

- отправка скорости двигателя и измеренной или извлечённой температуры окружающей среды в упомянутый первый модуль;

отличающийся тем, что способ дополнительно содержит этапы:

- определение минимальной рабочей скорости двигателя на основе измеренного рабочего давления, температуры окружающей среды и температуры точки росы; а также

- сравнение определённой минимальной рабочей скорости с извлечённой рабочей скоростью двигателя и, если указанная извлечённая рабочая скорость ниже определённой минимальной рабочей скорости, увеличение рабочей скорости указанного двигателя, по меньшей мере, до определённой минимальной рабочей скорости.

Поскольку в способе, в соответствии с настоящим изобретением, используются стандартные измерения и применяется относительно простой алгоритм, срок службы компрессора с впрыском масла и используемого в нём масла увеличивается благодаря простому и лёгкому в реализации способу, который не требует дополнительной вычислительной мощности или использования нестандартных электронных компонентов.

Настоящее изобретение дополнительно относится к компрессору с впрыском масла, выполненному с возможностью применения способа согласно настоящему изобретению.

В контексте настоящего изобретения следует принимать во внимание, что преимущества, представленные в отношении блока контроллера для управления скоростью двигателя, приводящего в действие компрессор с впрыском масла, также применимы к способу управления скоростью двигателя, приводящего в действие компрессор с впрыском масла, а также к компрессору с впрыском масла, применяющему такой способ.

С целью лучшей иллюстрации характеристик настоящего изобретения некоторые предпочтительные конфигурации, в соответствии с настоящим изобретением, описываются ниже в качестве примера, без какого-либо ограничивающего характера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 схематически представляет компрессор с впрыском масла, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения; и

фиг. 2 схематически представляет блок контроллера, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 1 иллюстрирует компрессор 1 с впрыском масла, содержащий, по меньшей мере, элемент 2 компрессора, приводимый в действие электродвигателем 3. Элемент 2 компрессора содержит впускное отверстие 4 для воздуха, через которое всасывается воздух при атмосферном давлении, и выпускное отверстие 5 для сжатого воздуха.

Выпускное отверстие 5 для сжатого воздуха дополнительно сообщается по текучей среде с впускным отверстием 6 маслоотделителя 7, в котором масло удаляется из сжатого воздуха.

Маслоотделитель 7 дополнительно содержит выпускной трубопровод 8, через который очищенный сжатый воздух подаётся в сеть пользователя (не показана).

Масло, удаляемое из сжатого воздуха внутри маслоотделителя 7, может быть дополнительно повторно введено в компрессорный элемент 2 для смазки и охлаждения.

Компрессор 1 с впрыском масла дополнительно содержит блок 9 контроллера, принимающий данные измерений от средств 10 и 11 измерения, расположенных на выпускном отверстии 5 для сжатого воздуха.

Блок 9 контроллера предпочтительно дополнительно содержит соединение 12 для передачи данных с двигателем 3 для приёма информации, касающейся рабочей скорости, rpm (об/мин), указанного двигателя 3.

В контексте настоящего изобретения следует принимать во внимание, что компрессор с впрыском масла может содержать дополнительные компоненты с их дополнительными элементами арматуры и трубопроводами, такими как, например, фильтры для удаления загрязнений, потенциально попадающих в компрессор с впрыском масла, охладитель для охлаждения масла, извлеченного из сжатого воздуха перед перенаправлением его в компрессорный элемент 2 и, возможно, осушитель для высушивания сжатого воздуха перед подачей его в сеть пользователя. Для ясности изложения настоящего изобретения на сопроводительных чертежах показано только минимальное количество компонентов.

Кроме того, в контексте настоящего изобретения следует принимать во внимание, что функции, достигаемые различными компонентами, включёнными в данное описание, также могут быть достигнуты с помощью других компонентов, и настоящее изобретение не должно ограничиваться такой компоновкой.

В контексте настоящего изобретения компрессор 1 с впрыском масла следует рассматривать как полную компрессорную установку, включающую компрессорный элемент 2, все типовые соединительные трубы и клапаны, корпус компрессорного блока и, возможно, электродвигатель 3, приводящий в действие компрессорный элемент 2.

В контексте настоящего изобретения элемент 2 компрессора следует рассматривать как корпус элемента компрессора, в котором процесс сжатия происходит с помощью ротора или посредством возвратно-поступательного перемещения.

В контексте настоящего изобретения указанный компрессорный элемент 2 может быть выбран из группы, содержащей: винт, зуб, спираль, вращающуюся лопасть и т.д.

Возвращаясь к компрессору с впрыском масла по фиг. 1, блок 9 контроллера, в соответствии с настоящим изобретением, способен управлять скоростью двигателя 3, приводящего в действие упомянутый компрессор 1 с впрыском масла, через упомянутое соединение 12 для передачи данных.

Соответственно, следует принимать во внимание, что упомянутое соединение 12 для передачи данных обеспечивает двунаправленную передачу данных: с одной стороны, блок 9 контроллера принимает данные, касающиеся скорости двигателя 3, а с другой стороны, блок 9 контроллера может отправлять данные к указанному двигателю 3 для последующего управления его скоростью.

Для приёма измерений от компрессора 1 с впрыском масла блок 9 контроллера дополнительно содержит, по меньшей мере, первое соединение 13 для передачи данных и второе соединение 14 для передачи данных, что позволяет осуществлять обмен данными между средствами 10 и 11 измерения и упомянутым блоком 9 контроллера.

Предпочтительно, через указанное первое соединение 13 для передачи данных и второе соединение 14 для передачи данных измерительные средства 10 и 11 обеспечивают: измерение рабочего давления p_w и, соответственно, рабочей температуры t_w.

В соответствии с этим, измерительные средства 10 и 11 могут быть выполнены, соответственно, в форме датчика 10 давления и датчика 11 температуры, предпочтительно расположенных на трубке для потока для выпускного отверстия 5 для сжатого воздуха.

Кроме того, блок 9 контроллера принимает рабочую скорость вращения двигателя 3, rpm (об/мин), через соединение 12 для передачи данных.

Предпочтительно, блок 9 контроллера дополнительно использует измеренную или извлечённую температуру окружающей среды, T_ambient.

Если измеряется указанная температура окружающей среды, T_ambient, блок 9 контроллера дополнительно содержит третье соединение 15 для передачи данных ко второму датчику 16 температуры или к термометру, расположенному поблизости от компрессора с впрыском масла, или расположенному на впускном отверстии 4 для воздуха. Упомянутое третье соединение 15 для передачи данных является проводным или беспроводным соединением для передачи данных.

В другом варианте осуществления, в соответствии с настоящим изобретением, если упомянутое третье соединение 15 для передачи данных является беспроводным соединением для передачи данных, такое беспроводное соединение для передачи данных может быть реализовано с помощью: радио, Bluetooth или через интернет-соединение для получения измеренной или даже прогнозируемой температуры окружающей среды, T_ambient, географического района, где располагается компрессор 1 с впрыском масла.

В альтернативном варианте блок 9 контроллера может дополнительно содержать пользовательский интерфейс (не показан), посредством которого пользователь компрессора 1 с впрыском масла может вручную вводить температуру окружающей среды, T_ambient.

Предпочтительно, блок 9 контроллера может содержать четыре основных модуля: первый модуль 17, с которым связаны соединение 12 для передачи данных, первое соединение 13 для передачи данных, второе соединение 14 для передачи данных и третье соединение 15 для передачи данных; второй модуль 18, содержащий модуль 18а обработки данных (не показан) для обработки принятых данных, третий модуль 19, содержащий модуль 19а сравнения, и четвертый модуль 20, содержащий модуль 20а формирования сигнала.

Модуль 18а обработки данных дополнительно обеспечивается алгоритмом, определяющим минимальную рабочую скорость rpm_minдвигателя 3 на основе измеренного рабочего давления p_w, принятого через первое соединение 13 для передачи данных, температуры окружающей среды, T_ambient, принятой через третье соединение 15 для передачи данных, и температуры T_{dew point} точки росы, причём указанная температура T_{dew point} точки росы определяется на основе указанного измеренного рабочего давления, p_w и измеренной рабочей температуры t_w, указанная измеренная рабочая температура t_w принимается через второе соединение 14 для передачи данных.

Блок 19а сравнения, являющийся частью третьего модуля 19, сравнивает определённую минимальную рабочую скорость, rpm_min, с принятой рабочей скоростью, rpm (об/мин), двигателя 3. Соответственно, первый модуль 17 предпочтительно обменивается данными со вторым модулем 18 и третьим модулем 19 для того, чтобы отправлять все соответствующие необходимые элементы.

Если после сравнения указанная извлечённая рабочая скорость, (rpm, об/мин), ниже определённой минимальной рабочей скорости (rpm_min, об/мин), процессорный модуль 18а дополнительно связывается с модулем 20а генерации сигнала, являющегося частью четвертого модуля 20, для отправки 15 сигнала к указанному двигателю 3 для увеличения рабочей скорости (rpm, об/мин) вращения двигателя 3, по меньшей мере, до определённой минимальной рабочей скорости вращения (rpm_min, об/мин).

В контексте настоящего изобретения следует принимать во внимание, что любое из соединений из числа: указанного соединения 12 для передачи данных, первого соединения 13 для передачи данных, второго соединения 14 для передачи данных и/или третьего соединения 15 для передачи данных может быть проводным или беспроводным соединением.

Кроме того, указанный двигатель 3 может быть двигателем с фиксированной скоростью, и в этом случае указанный двигатель 3 обеспечивается инвертором или воздушным клапаном, расположенным на впускном отверстии 4 для воздуха, который управляет объёмом воздуха, достигающим компрессорного элемента 2 и, следовательно, изменением скорости упомянутого двигателя 3.

В предпочтительном варианте осуществления, в соответствии с настоящим изобретением, для достижения более простой конструкции с более простым управлением двигатель 3 является двигателем с переменной скоростью.

В другом варианте осуществления, в соответствии с настоящим изобретением, блок 9 контроллера может быть частью компрессора 1 с впрыском масла или может быть расположен вблизи от указанного компрессора 1 с впрыском масла и сообщаться через проводное или беспроводное соединение с частью отдельных компонентов упомянутого компрессора 1 с впрыском масла, таких как: измерительные средства 9 и 10 и двигатель 3.

В ещё одном варианте осуществления, в соответствии с настоящим изобретением, блок 9 контроллера может иметь проводную или беспроводную связь с существующим контроллером (не показан), являющимся частью компрессора 1 с впрыском масла.

Кроме того, в зависимости от требований пользователя указанного компрессора 1 с впрыском масла и, возможно, от его коэффициента старения, частота отбора проб для извлечения: рабочей скорости (rpm, об/мин), рабочего давления, p_w, измеренной рабочей температуры, t_w, и температуры окружающей среды, T_ambient, может быть любым значением, выбранным в интервале от 0,5 мкГц (μHz, микрогерц) до 60 кГц (килогерц).

В качестве примера, но не ограничиваясь этим, такую частоту выборки можно выбрать в качестве любого значения от 10 герц до 40 герц, более предпочтительно, такую частоту выборки можно выбрать в качестве любого значения от 20 герц до 30 герц, даже ещё более предпочтительно такую частоту выборки можно выбрать в качестве значения приблизительно 25 герц.

Следует принимать во внимание, что такая частота выборки может быть разной для различных измеренных или извлечённых параметров. Например, если мы рассмотрим измерение или извлечение температуры окружающей среды, поскольку внезапные изменения такого параметра встречаются не часто, частота выборки может быть выбрана ближе к началу интервала, например, при 0,5 мкГц (μHz, микрогерц), или может даже выполняться несколько раз в день, например, два раза в день.

В контексте настоящего изобретения указанная частота выборки должна рассматриваться как частота, с которой выполняются измерения. Другими словами, его следует рассматривать как интервал времени между двумя последующими измерениями.

В предпочтительном варианте осуществления, в соответствии с настоящим изобретением, блок 9 контроллера принимает указанное измерение рабочего давления p_w, рабочей температуры t_w и рабочей скорости (rpm) вращения двигателя 3 в режиме реального времени.

Для более точного вычисления алгоритм дополнительно сконфигурирован для сравнения измеренной рабочей температуры t_w, с определённой температурой точки росы T_{dew point.}

Кроме того, алгоритм может быть сконфигурирован для определения температуры точки росы, T_{dew point,} путём расчёта на основе измеренного рабочего давления, р_w, температуры окружающей среды, T_ambient и извлечённой или определённой относительной влажности RH.

Принцип работы очень прост и заключается в следующем.

Во время работы компрессора 1 с впрыском масла рабочее давление р_w и рабочая температура t_w измеряются на выпускном отверстии 5 сжатого воздуха. Измеренные значения отправляются в первый модуль блока 9 контроллера.

Компрессор с впрыском масла, содержащий первое соединение 13 передачи данных для отправки измеренного рабочего давления р_w на блок 9 контроллера; и второе соединение 14 для передачи данных для отправки измеренной рабочей температуры t_w на указанный блок 9 контроллера.

Кроме того, рабочая скорость, rpm (об/мин), двигателя 3 также идентифицируется и отправляется в блок 9 контроллера через соединение 12 для передачи данных.

Для точной оценки блок 9 контроллера дополнительно принимает измеренную или извлечённую температуру окружающей среды, T_ambient, через третье соединение 15 для передачи данных.

Предпочтительно, идентифицированные выше измеренные параметры отправляются в первый модуль 17, являющийся частью блока 9 контроллера.

Как показано на фиг. 2, блок 9 контроллера, в соответствии с настоящим изобретением, может содержать первый модуль 17, принимающий измеренные параметры, второй модуль 18, обеспеченный блоком 18а обработки для обработки принятых данных, третий модуль 19, содержащий блок сравнения, и четвертый модуль 20, содержащий блок 20a генерации сигнала.

В контексте настоящего изобретения не следует исключать, что функции, выполняемые указанным вторым модулем 18 и упомянутым третьим модулем 19, могут быть объединены в одном модуле.

Кроме того, не следует исключать, что такой блок 9 контроллера может содержать только один модуль, имеющий блок 18а обработки и все необходимые электронные интерфейсы для приёма измерений, генерации электрического сигнала, отправки вычисленных параметров другим компонентам компрессора 1 с впрыском масла и, в конечном счете, возможно влияющие на их рабочие параметры.

Блок 9 контроллера дополнительно использует полученные измеренные параметры, такие как измеренное рабочее давление р_w и измеренную рабочую температуру t_w, чтобы вычислить температуру точки росы, т.е. точку T_{dew point}.

Вычисленная температура точки росы, точка T_{dew point}, и измеренная или извлечённая температура окружающей среды, T_ambient, дополнительно используются для определения минимальной рабочей скорости rpm_min двигателя 3.

Блок 9 контроллера дополнительно сравнивает извлечённую рабочую скорость, (rpm, об/мин), двигателя 3 с определённой рабочей скоростью, rpm_min, и если извлечённая рабочая скорость, (rpm, об/мин), ниже определённой минимальной рабочей скорости, rpm_min, блок контроллера будет предпочтительно генерировать электрический сигнал через соединение 12 для передачи данных, и будет увеличивать рабочую скорость, (rpm, об/мин), упомянутого двигателя 3, по меньшей мере, до определённой минимальной рабочей скорости, rpm_min.

В другом варианте осуществления, в соответствии с настоящим изобретением, для более точного определения минимальной рабочей скорости, rpm_min, блок 9 контроллера дополнительно учитывает температуру T_oil масла, впрыскиваемого в указанный компрессор 1 с впрыском масла. Следовательно, в этом случае минимальная рабочая скорость, rpm_min (об/мин), определяется на основе рабочей температуры t_w, температуры T_oil масла, впрыскиваемого в указанный компрессор 1 с впрыском масла, и извлечённой или определённой относительной влажности RH, указанной рабочей температуры t_w, извлекаемой с помощью датчика 11 температуры, расположенного на воздушном выпускном отверстии 5 компрессора, или указанную рабочую температуру, t_w, можно дополнительно рассчитать, применяя известную формулу. Аналогичным образом, температура масла, T_oil, определяется посредством измерений или рассчитывается по известной формуле.

В другом варианте осуществления, в соответствии с настоящим изобретением, блок 9 контроллера дополнительно сравнивает рабочую температуру t_w с вычисленной температурой точки росы, точкой T_{dew point}, и, если рабочая температура t_w ниже, чем вычисленная температура точки росы, T_{dew point}, блок 9 контроллера увеличивает скорость двигателя 3, в результате чего конденсат не может образовываться внутри компрессора 1 с впрыском масла.

Кроме того, компрессору 1 с впрыском масла разрешается функционировать в более широком диапазоне давлений и скоростей потока, измеренных на выпускном отверстии 5 сжатого воздуха.

В качестве примера, но не ограничиваясь этим, указанный допуск может быть любым значением, выбранным, например, между приблизительно -5°C и приблизительно + 5°C. Следует принимать во внимание, что также могут применяться другие значения, в зависимости от требований к компрессору 1 с впрыском масла и потребностей сети пользователя.

В другом варианте осуществления, в соответствии с настоящим изобретением, блок 9 контроллера может содержать этап увеличения рабочей скорости, (rpm, об/мин), двигателя 3, если рабочая температура t_w ниже температуры точки росы, T_{dew point}, к которой добавляется допустимое значение.

В другом варианте осуществления, в соответствии с настоящим изобретением, температура точки росы, T_{dew point}, может быть рассчитана на основе рабочего давления, р_w, температуры окружающей среды, T_ambient, и относительной влажности RH.

В качестве примера, и не ограничиваясь этим, один из способов вычисления указанной температуры точки росы, T_{dew point}, заключается в применении следующей формулы:

(уравнение 1);

где Q, m и T_n являются эмпирически определёнными постоянными и могут быть выбраны из таблицы 1 в соответствии с конкретным температурным диапазоном, в котором работает компрессор 1 с впрыском масла.

Таблица 1

ВодаQmT_nМаксимальная ошибкаДиапазон температуры6,1164417,591386240,72630,083%(от -20°C до + 50°C)6,0049187,337936229,39750,017%(от + 50°C до + 100°C)5,8565487,27731225,10330,003%(от + 100°C до + 150°C)6,0028597,290361227,17040,007%(от + 150°C до + 200°C)9,9806227,388931263,12390,395%(от + 200°C до + 350°C)6,0896137,33502230,39210,368%(от 0 C до + 200°C)Лёд6.1147429.778707273.14660.052%(от -70°C до 0°C)

Такие эмпирически определённые постоянные имеют следующие единицы измерения: Q, например, представляет давление водяного пара при 0°C и имеет в качестве единицы измерения в таблице 1 гектопаскаль (гПа), m - это поправочная постоянная без единицы измерения, тогда как T_n также является постоянной регулировки, имеющей в качестве единицы измерения градусы Цельсия (°C).

P_wpres из уравнения 1 представляет давление водяного пара, преобразованное для атмосферных условий, и может быть рассчитано с использованием следующей формулы:

P_wpres = P_w/P_atm • RH • P_WS (уравнение 2);

где p_atm - атмосферное давление, RH - относительная влажность, приближенная или измеренная, а P_WS представляет давление насыщения водяного пара.

Если компрессор 1 с впрыском масла не содержит датчик относительной влажности, приблизительная относительная влажность RH может быть выбрана равной приблизительно 100% или ниже. С другой стороны, если указанный компрессор 1 с впрыском масла содержит такой датчик относительной влажности, такой датчик предпочтительно должен быть установлен на уровне впускного отверстия 4 для воздуха (не показан), или такой датчик может быть установлен поблизости от компрессора 1 с впрыском масла, причём он отправляет измерения в блок 9 контроллера.

Атмосферное давление, p_atm, может быть измерено с помощью датчика давления (не показан), расположенного на впускном отверстии 4 для воздуха, или такое атмосферное давление, p_atm, может быть считано блоком 9 контроллера с датчика давления, расположенного поблизости от компрессора 1 с впрыском масла, или такое атмосферное давление, p_atm, может быть определено приблизительно.

Давление насыщения водяного пара, p_ws, можно рассчитать по следующей формуле:

p_ws = Q ·

(уравнение 3);

где Q, m и T_n являются эмпирически определёнными постоянными, приведёнными в таблице 1.

В контексте настоящего изобретения вышеописанный способ расчёта температуры точки росы, T_{dew point}, не должен рассматриваться как ограничивающий, и следует принимать во внимание, что любой другой способ расчёта может применяться без отступления от объёма охраны настоящего изобретения.

В ещё одном варианте осуществления, в соответствии с настоящим изобретением, для большей точности определения, блок 9 контроллера содержит этап вычисления температуры масла, T_oil, исходя из рабочей температуры, t_w, и мощности, P, компрессора 1 для впрыска масла, а также массового расхода масла,

.

Предпочтительно, но не ограничиваясь этим, мощность, P, компрессора 1 с впрыском масла рассчитывается как функция рабочей скорости, (rpm, об/мин), двигателя 3 и рабочего давления, p_w.

Кроме того, массовый расход масла,

, можно рассчитывать как функцию рабочего давления, p_w.

Как правило, мощность компрессора 1 с впрыском масла может быть выражена как функция рабочей скорости, (rpm, об/мин), и рабочего давления, p_w, и может быть дополнительно определена как тепло, которое необходимо отвести. Соответственно, мощность компрессора с впрыском масла может быть выражена через следующее уравнение:

P =

⋅ c_p ⋅ (t_w - T_oil) (уравнение 4);

где c_p представляет собой теплоёмкость масла.

В контексте настоящего изобретения следует принимать во внимание, что мощность, P и/или массовый расход масла,

, также могут быть измерены.

В контексте настоящего изобретения теплоёмкость следует рассматривать как измеряемую физическую величину, равную отношению тепла, подводимого или отводимого от масла, к результирующему изменению температуры. Другими словами, теплоёмкость c_p может быть выражена как тепло, необходимое для повышения температуры масла на один градус.

В зависимости от используемого масла, указанная теплоёмкость, c_p, может быть получена из специальных таблиц, обычно предоставляемых компаниями-производителями.

Кроме того, массовый расход масла,

, можно выразить как функцию рабочего давления, p_w.

В контексте настоящего изобретения массовый расход масла,

, следует рассматривать как массу масла, протекающего в единицу времени, при этом упомянутая единица времени предпочтительно составляет одну секунду.

В качестве примера, но не ограничиваясь этим, массовый расход масла,

, можно рассчитать путём решения математического выражения второй степени, выраженного как функция рабочего давления, p_w:

= A₁ + B₁ ⋅ p_w + C₁ ⋅p²_w (уравнение 5);

где A₁, B₁ и C₁ являются эмпирически определёнными постоянными, характерными для компрессорного элемента 2.

Кроме того, мощность, P, компрессора 1 с впрыском масла может быть рассчитана путём решения математического выражения второй степени, как функция рабочей скорости, (rpm, об/мин), и рабочего давления, p_w:

P = А₂ + В₂ ⋅ rpm + С₂ ⋅ rpm² + p_w ⋅ (D₂ + Е₂ ⋅ rpm + F₂ ⋅ rpm²) + p²_w ⋅ (G₂ + H₂ ⋅ rpm + I₂ ⋅ ⋅ rpm²) (уравнение 6);

где параметры А₂ - I₂ являются эмпирически определёнными постоянными, характерными для компрессорного элемента 2.

Следовательно, температуру масла, T_oil, можно определить, переписав уравнение 4:

Т_oil = t_w -

(уравнение 7);

при этом для дальнейшего расчёта можно использовать выражение P из уравнения 6 и выражение

из уравнения 5.

В другом варианте осуществления, в соответствии с настоящим изобретением, блок 9 контроллера может дополнительно приближённо определять температуру масла, T_oil, основываясь на принятых измерениях.

В качестве примера, но не ограничиваясь этим, упомянутый блок 9 контроллера может приблизительно определять температуру масла, T_oil, как приближённо равную рабочей температуре, t_w, когда компрессор 1 с впрыском масла остановлен, или, если упомянутый компрессор 1 с впрыском масла запущен, она может быть рассчитана как функция рабочей скорости, (rpm, об/мин), и рабочего давления p_w, как объяснялось ранее.

Однако, следует принимать во внимание, что может быть реализован любой другой способ вычисления температуры масла, T_oil, и настоящее изобретение не следует ограничивать представленным примером.

В ещё одном варианте осуществления, в соответствии с настоящим изобретением, маслоотделитель 7 может дополнительно содержать датчик температуры (не показан), который может быть расположен в канале 21 для масла или внутри маслоотделителя 7 поблизости от канала 21 для масла. Измерения такого датчика температуры дополнительно отсылаются в блок 9 контроллера.

Упомянутый канал 21 для масла обеспечивает возможность повторного впрыскивания масла, отделённого от сжатого воздуха, внутрь компрессорного элемента 2.

Если упомянутый маслоотделитель 7 содержит такой датчик температуры, блок 9 контроллера может дополнительно рассматривать его измерения, как температуру масла, T_oil.

В другом варианте осуществления, в соответствии с настоящим изобретением, для определения минимальной рабочей скорости блок контроллера может дополнительно выражать рабочую температуру, t_w, как функцию рабочей скорости, (rpm, об/мин), рабочего давления, p_w, температуры окружающей среды, T_ambient, температуры масла, T_oil, и относительной влажности, RH.

Соответственно, рабочая температура, t_w, может иметь следующее математическое выражение:

t_w = А₃ + В₃ ⋅ rpm + С₃ ⋅ p_w + D₃ ⋅ T_ambient + E₃ ⋅ Т_oil + F₃ ⋅ RH + G₃ ⋅ rpm² + H₃ ⋅ p²_w

(уравнение 8);

где параметры А₃ - Н₃ являются эмпирически определёнными постоянными, характерными для компрессорного элемента 2.

Если мы теперь рассмотрим, что:

t_w = T_{dew point} + допустимое значение (уравнение 9);

и введём уравнение 9 в уравнение 8, тогда уравнение 8 примет следующий вид:

G₃ ⋅ rpm² + В₃ ⋅ rpm + (A₃ + С₃ ⋅ p_w + D₃ ⋅ T_ambient + Е₃ ⋅ Т_oil+ F₃ ⋅ RH + H₃ ⋅ p²_w - T_{dew point}- - допуск = 0 (уравнение 10).

При решении этого уравнения будут вычисляться два значения рабочей скорости, (rpm, об/мин). Из этих двух рассчитанных значений минимальная рабочая скорость, rpm_min, предпочтительно выбирается как самое низкое значение, предпочтительно самое низкое положительное значение.

В контексте настоящего изобретения следует принимать во внимание, что параметры А₃- Н₃ являются постоянными, характерными для компрессорного элемента 2, при этом такие постоянные имеют разные значения для компрессорных элементов с различными мощностями, или для различных компрессоров другого типа. Такие значения обычно определяются конструкторами таких компрессорных элементов 2.

В качестве примера, но не ограничиваясь этим, постоянные A₁- C₁ уравнения 5, постоянные A₂- I₂ уравнения 6 и постоянные A₃- H₃ уравнения 8 для переменной скорости компрессора с впрыском масла, имеющего производительность 120 л/с естественной подачи воздуха, могут иметь следующие значения.

Таблица 2

A₁3*10^-14B₁4C₁26A₂-6.12B₂6.75C₂0.004D₂0.73E₂0.46F₂0.034G₂0H₂0I₂0A₃-0.68B₃5.6С₃0D₃0Е₃1F₃0G₃0Н₃0

Даже если настоящее изобретение было представлено как подходящее для реализации в компрессоре 1 с впрыском масла, не следует исключать возможность реализации способа управления скоростью двигателя внутри вакуумного насоса или возможность интеграции блока 9 контроллера, описанного здесь, внутри вакуумного насоса.

В случае вакуумного насоса система, подобная той, которая показана на фиг. 1, будет аналогичной, единственными отличиями будет то, что компрессорный элемент 2 будет заменён вакуумным элементом, впускное отверстие 4 для воздуха будет подсоединено к системе пользователя, а выходной канал 8 будет соединён с атмосферой или с внешней системой.

Измерения и обработка будут выполняться так же, как в случае компрессора 1 с впрыском масла.

Настоящее изобретение никоим образом не ограничивается вариантами осуществления, описанными в качестве примера и показанными на чертежах, но такой блок 9 контроллера может быть реализован во всех различных вариантах, не выходя за рамки объёма охраны изобретения. Аналогичным образом, изобретение не ограничивается способом управления скоростью двигателя 3, приводящего в действие компрессор 1 с впрыском масла, описанным в качестве примера, однако, упомянутый способ может быть реализован различными способами, в то же время всё ещё оставаясь в рамках объёма охраны изобретения.

Реферат

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для управления скоростью двигателя для привода компрессора с впрыском масла. Техническим результатом является повышение эффективности управления скоростью привода компрессора с одновременным увеличением срока службы компрессора и его компонентов за счет снижения или исключения образования конденсата внутри компрессора. В частности, предложен блок контроллера для управления скоростью двигателя для привода компрессора с впрыском масла. Указанный блок (9) контроллера содержит: информационное соединение (12, 13, 14) для передачи данных; первый модуль (17), выполненный с возможностью приёма данных через указанное информационное соединение (12, 13, 14), при этом блок (9) контроллера также содержит: блок (18) обработки данных для определения минимальной рабочей скорости (rpm) двигателя (3) на основе измеренного рабочего давления (p), температуры (T) окружающей среды и температуры (T) точки росы; и блок (19) сравнения, выполненный с возможностью сравнения указанной определённой минимальной рабочей скорости (rpm) с полученной рабочей скоростью (rpm) двигателя (3); указанный блок (18) обработки данных дополнительно содержит блок (20) генерирования сигнала, выполненный с возможностью передачи сигнала на указанный двигатель (3) для увеличения рабочей скорости (rpm) двигателя (3) по меньшей мере до указанной определённой минимальной рабочей скорости (rpm), если указанная полученная рабочая скорость (rpm) ниже указанной определённой минимальной рабочей скорости (rpm). 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула