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TWI898178B - 用於控制氣體壓縮設備中第一基準溫度的方法及其計算控制組件 - Google Patents

用於控制氣體壓縮設備中第一基準溫度的方法及其計算控制組件

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TWI898178B
TWI898178B TW112102001A TW112102001A TWI898178B TW I898178 B TWI898178 B TW I898178B TW 112102001 A TW112102001 A TW 112102001A TW 112102001 A TW112102001 A TW 112102001A TW I898178 B TWI898178 B TW I898178B
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布蘭朱利安 道威
比德紀莫尼克 德向芙雷爾
布萊斯雨果 勒菲爾
珊 布汀克
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比利時商亞特拉斯可波克氣動股份有限公司
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Abstract

一種用於控制氣體壓縮設備(1)中第一基準溫度的方法，氣體壓縮設備(1)包括：用於壓縮氣體的被噴油元件(2)；用於將油噴射到被噴油元件(2)中的噴油管網(6)，噴油管網包括：分配裝置(8)，用於將油分配成第一部分和第二部分；由風扇(9)冷卻的油冷卻器(10)，用於冷卻第一部分；和用於使第二部分繞開油冷卻器(10)的旁路(11)；其中，首先將第一部分的分配比例控制到所需分配比例，隨後可選地基於分配比例將風扇(9)的速度控制到所需速度；其特徵在於，分配比例由控制單元(15)基於非模糊邏輯算法來控制。

Description

用於控制氣體壓縮設備中第一基準溫度的方法及其計算控制組件
本發明涉及用於將氣體壓縮設備中第一基準溫度控制到期望溫度值的方法。
本文中的「氣體壓縮設備」可指用於將大氣氣體壓縮至超大氣壓的壓縮機設備和用於真空抽吸用戶網路或封閉空間的真空泵設備。
更具體地，本發明涉及一種用於將設備中第一基準溫度控制到第一期望溫度值的方法，其中，設備包括以下部件：用於壓縮氣體的被噴油元件；噴油管網，具有排出口，用於將油噴射到被噴油元件中，噴油管網包括：分配裝置，用於將油分配成第一部分和第二部分；由風扇冷卻的油冷卻器，用於冷卻第一部分；和用於使第二部分繞開油冷卻器的旁路，其中，首先將第一部分的分配比例控制到所需分配比例，以將設備中第二基準溫度引導到第二期望溫度 值，隨後將風扇的速度控制到所需速度，以將第一基準溫度引導至第一期望溫度值。
本文中的「設備中基準溫度」是指設備中特定基準位置處的溫度，例如，在設備中氣體溫度通常最高的被噴油元件出口處，或在油溫度對設備冷卻和潤滑至關重要的噴油管網排出口處。
本文中的「第一部分的分配比例」是指第一部分的流量或數量與總流量或總油量的比率。因此，該分配比例可以在0至100%的範圍內。
用於將氣體壓縮設備中某一基準溫度控制到期望溫度值的需求和方法是已知的。
一方面，基準溫度不應低於最低水平，例如以避免從氣體中形成冷凝液，這將對設備中油的冷卻或潤滑能力產生負面影響，並對設備的部件產生腐蝕性從而縮短壽命。另一方面，基準溫度不應升高到最大水平以上，以避免例如由於設備中油質量退化或甚至設備中部件變形而損壞設備。
在具有用於壓縮氣體的被噴油元件和用於將油噴射到被噴油元件中的噴油管網的一些現有設備中，使用具有固定溫度設定點的恆溫控制閥和用於冷卻噴油管網中油的定速風扇將基準溫度控制到期望溫度，其中，當基準溫度低於最大水平時風扇停止。
測試表明，當使用具有固定溫度設定點的恆溫控制閥和具有固定速度的風扇時，設備並不總是節能 的。即使基準溫度沒有顯著超過最大水平，風扇也將始終以其固定速度啟動，這會導致基準溫度快速下降並且還需要再次快速停止風扇。在最壞的情況下，基準溫度下降很多以至於低於最低水平，導致設備中冷凝液形成的風險增加。
其他現有設備使用由PID控制器和變速風扇控制的恆溫控制閥。這種系統通常具有用於分別控制恆溫控制閥和風扇的獨立控制電路。
測試表明，由於各個獨立控制電路之間的干擾，這些類型的設備會表現出不規則和振盪行為。負面後果包括設備可能發生緊急停機、設備的機械部件損壞、以及設備各種部件過早磨損。
WO 2018/033827 A1描述了一種用於控制設備出口溫度的方法，該設備具有用於壓縮氣體的被噴油元件和用於將油噴射到被噴油元件中的噴油管網，其中，通過對出口溫度測量值應用模糊邏輯算法來控制恆溫控制閥的位置，並且通過應用模糊邏輯算法並且進一步基於恆溫控制閥位置來控制用於冷卻油的風扇的速度。
使用模糊邏輯算法的缺點是它是一種複雜的「多輸入多輸出」(MIMO)計算算法。
本發明旨在解決上述和/或其他缺點中的至少一個。
更具體地，本發明的目的是提供一種用於將 氣體壓縮設備中基準溫度控制到期望溫度值的簡單方法，其中，一方面，盡可能多地利用具有盡可能簡單計算算法的各個獨立子電路，但另一方面，在設備中各個獨立控制電路之間的干擾也盡可能小。
為此，本發明涉及一種用於將氣體壓縮設備中第一基準溫度控制到第一期望溫度值的方法，其中，氣體壓縮設備包括以下部件：被噴油元件，用於在氣體壓縮設備的入口處抽吸氣體並在被噴油元件的出口處將氣體壓縮至工作壓力；噴油管網，具有排出口，以用於將油噴射到被噴油元件中，噴油管網包括：分配裝置，用於將油分配成第一部分和第二部分；由風扇冷卻的油冷卻器，用於冷卻第一部分；和旁路，用於使第二部分繞開油冷卻器，其中，首先：確定第一部分的所需分配比例，以將氣體壓縮設備中的第二基準溫度引導至第二期望溫度值；和將第一部分的分配比例控制到所需分配比例，並且其中，隨後：確定風扇的所需速度，以將第一基準溫度引導至第一期望溫度值，其中，如果第一基準溫度與第二基準溫度相同，則基於第二期望溫度值和分配比例來確定所需速度；和將風扇的速度控制到所需速度，其特徵在於，使用控制單元基於非模糊邏輯算法用以下作為輸入來控制分配比例： 第二基準溫度的第一當前值；和第二期望溫度值。
這樣做的優點是，分配比例由標準控制單元控制，例如PID控制器或通斷式控制器。因此，避免了使用WO2018/033827A1中描述的複雜的「多輸入-多輸出」計算算法。
然而，根據本發明的設備具有的基本優點與WO 2018/033827 A1中描述的相同。
更具體地，如果第一基準溫度與第二基準溫度相同，則根據本發明的方法還避免了控制分配比例和控制風扇速度之間的任何干擾。這與在使用單輸入-單輸出(SISO)控制單元控制分配比例和變速風扇的設備的情況下WO 2018/033827 A1第2頁第18-27行中明確警示的這種干擾的危險完全相反。
在根據本發明方法的較佳實施例中，基於在一個或多個溫度值構成的組中的最高溫度值來確定第二期望溫度值。
結果，可以基於期望數量的目標來確定第二期望溫度值。
此外，第二期望溫度值可以被調節到適應取決於設備工作狀態而定的最相關目標。
在根據本發明方法的更佳實施例中，組中的第一溫度值代表使得出口處壓縮氣體溫度等於以下時的第二基準溫度的值： 出口處壓縮氣體第一冷凝溫度；或第一冷凝溫度加上第一安全裕度。
以這種方式，當確定第二期望溫度值時，考慮就避免在設備中形成冷凝液而言的第一目標。
較佳地，就此而言，根據第一最小溫度極限值和第一最大溫度極限值之間的第一溫度區間來限制第一溫度值。
這意味著：當第一溫度值低於第一最小溫度極限值時，將第一溫度值設定為等於第一最小溫度極限值；當第一溫度值高於第一最大溫度極限值時，將第一溫度值設定為等於第一最大溫度極限值；和當第一溫度值處於第一最小溫度極限值和第一最大溫度極限值之間的第一溫度區間時，第一溫度值不改變。
通過將第一溫度值限制到第一溫度區間，可以考慮例如相對於設備的最小工作溫度和最大工作溫度而言的安全約束條件。
在根據本發明方法的另一個更佳實施例中，組中的第二溫度值代表使得氣體壓縮設備的具體能量需求為最小時的第二基準溫度的值。
以這種方式，當確定第二期望溫度值時，考慮就最小化具體能量需求並因此最大化設備能量效率而言的第二目標。
較佳地，至少基於以下來確定第二溫度值： 代表工作壓力的第二當前值；和代表入口處氣體溫度的第三當前值。
在本發明的上下文中，「代表某一參數的當前值」不是必定意味著當前值等於該參數的值，而是可以從該參數的值導出當前值。
以這種方式，基於設備的兩個標準狀態變量來確定第二溫度值，可以使用精確、相對便宜且容易獲得的感測器來可靠且容易地測量這些標準狀態變量的值。
更佳地，在被噴油元件由變速馬達驅動的情況下，還基於代表變速馬達轉速的第十當前值來確定第二溫度值。
結果，當確定第二溫度值時，考慮變速馬達轉速以及由此由變速馬達向氣體壓縮過程提供的可變功率。
此外，替代地或附加地，較佳地根據第二最小溫度極限值和第二最大溫度極限值之間的第二溫度區間來限制第二溫度值。
這意味著：當第二溫度值低於第二最小溫度極限值時，將第二溫度值設定為等於第二最小溫度極限值；當第二溫度值高於第二最大溫度極限值時，將第二溫度值設定為等於第二最大溫度極限值；和當第二溫度值處於第二最小溫度極限值和第二最大 溫度極限值之間的第二溫度區間時，第二溫度值不改變。
通過將第二溫度值限制到第二溫度區間，可以考慮例如相對於設備的最小工作溫度和最大工作溫度而言的安全約束條件。
在根據本發明方法的另一更佳實施例中將第二基準溫度從舊溫度值控制到第二期望溫度值；和為了確定第二期望溫度值，根據一方面舊溫度值減去最大溫度降低值和另一方面舊溫度值加上最大溫度升高值之間的第三溫度區間來限制所述最高溫度值。
以這種方式，例如為了考慮與設備中溫度變化相關的安全約束條件，當第二基準溫度被控制到第二期望溫度值時，可以限制第二基準溫度的變化。
較佳地，在預定時間區間內將第二基準溫度從舊溫度值控制到第二期望溫度值，並且最大溫度降低值和最大溫度升高值與預定時間區間的長度是正相關的。
以此方式，例如為了考慮與設備中最大絕對溫度-時間梯度相關的安全約束條件，可以根據預定時間區間限制第二基準溫度的變化。
在根據本發明方法的另一個更佳實施例中，根據第一當前值和第二期望溫度值之間的第一比率來確定所需分配比例。
第一比率是第一當前值相對於第二期望溫度值的偏差的量度。
如果第一比率小於1，這表明第二基準溫度的值過低，並且如果可能，所需分配比例應選擇為低於分配比例的當前值，以便將較少的油送至油冷卻器並且從而對要噴射的油冷卻程度較小，這將增大第二基準溫度。
如果第一比率大於1，這表明第二基準溫度的值過高，並且所需分配比例應選擇為高於分配比例的當前值，以便將較多的油送至油冷卻器並且從而對要噴射的油冷卻程度較大，這將降低第二基準溫度。
較佳地，在最小零值和最大值100%之間的所需分配比例根據第一單調遞增函數取決於第一比率。
以這種方式，當第二基準溫度和第二期望溫度值之間存在較大偏差時，分配比例相對於所需分配比例的變化不會較小。
替代地，所需分配比例較佳是：當第一當前值高於第二期望溫度值或第二期望溫度值加上第二安全裕度時或當第一當前值在第一週期期間高於第二期望溫度值或第二期望溫度值加上第二安全裕度時，所需分配比例為最大值100%；否則，所需分配比例為最小零值。
這是一種簡單的通斷式控制，其中，當有指示表明基準溫度過高時，更具體地高於第二期望溫度值 加上或不加上第二安全裕度時，油被完全送至油冷卻器。
通過在將分配比例控制到符合油被完全送到油冷卻器的狀態之前應用第一週期，可以避免分配比例從最小零值到最大值100%以及返回零值的快速且不必要的切換。如果僅在比第一週期短的有限的非有害時間週期期間第二基準溫度高於第二期望溫度加上或不加上第二安全裕度，則會發生這種切換情況。
因此，通過應用第一週期，分配裝置和設備的控制動態通常不會響應於第二基準溫度的非有害短期增加或較少地響應於第二基準溫度的非有害短期增加。因此，該控制動態比不應用第一週期時更穩定。
在根據本發明的方法的另一較佳實施例中，第二基準溫度：是在被噴油元件的出口處的氣體的溫度；或是噴油管網的排出口處的油的溫度。
在被噴油元件的出口處，設備中氣體壓力最高。因此，冷凝液形成的危險在該出口處也是最高的。這是因為氣體壓力越高，氣體冷凝溫度越高。必須確保出口處氣體溫度不低於出口處氣體冷凝溫度。因此，為了避免在設備中形成冷凝液，被噴油元件出口處氣體溫度是設備中相關的第二基準溫度。
噴油管網排出口處油溫度則決定油的冷卻能力。必須確保該冷卻能力不會變得太高，以防止設備中給定位置處氣體溫度下降到低於該位置處氣體冷凝溫 度。因此，為了避免在設備中形成冷凝液，噴油管網排出口處油溫度也是設備中相關的第二基準溫度。
在根據本發明的方法的另一較佳實施例中，基於在由一個或多個速度值構成的組中的最高速度值來確定所需速度。
這允許基於期望數量的標準來確定所需速度。
此外，所需速度可被調節至取決於設備工作狀態的最相關標準。
在根據本發明的方法的更佳實施例中，組中的第一速度值代表實現第二基準溫度的第二期望溫度值所需的風扇的速度值。
以此方式，當確定所需風扇速度時，考慮就實現第二期望溫度值而言的第一標準。換言之，就此而言，對風扇控制的目的與如上所述對分配比例控制的目的相同，並且因此有助於實現控制分配比例的目標。
在根據本發明的方法的又一較佳實施例中，當第二基準溫度的第四當前值高於預定最小溫度時；和當分配比例的第五當前值高於預定最小分配比例並且第四當前值高於第二期望溫度值時，至少基於以下來確定第一速度值：代表工作壓力的第六當前值；和代表入口處氣體溫度的第七當前值。
以此方式，基於設備的兩個標準狀態變量來 確定第一速度值，可以使用精確、相對便宜且容易獲得的感測器來可靠且容易地測量這些標準狀態變量的值。
較佳地，在被噴油元件由變速馬達驅動的情況下，還基於代表變速馬達轉速的第十一當前值來確定第一速度值。
結果，當確定第一速度值時，考慮了變速馬達的轉速，並因此考慮了由該變速馬達提供給氣體壓縮過程的可變功率。
替代地或附加地，較佳地，當第四當前值高於第二期望溫度值加上第一公差值時；或當在第二週期期間第四當前值高於第二期望溫度值加上第一公差值時；或當第四當前值低於第二期望溫度值減去第二公差值時；或當在第三週期期間第四當前值低於第二期望溫度值減去第二公差值時，還基於至少以下來確定第一速度值：分配比例的第五當前值；和第四當前值和第二期望溫度值之間的第二比率。
通過基於分配比例的第五當前值來確定第一速度值，可以在確定風扇速度時考慮分配比例，從而避免風扇速度控制和分配比例控制之間的任何干擾。
第二比率是第四當前值相對於第二期望溫度值的偏差的量度。
如果第二比率小於1，這表明第二基準溫度的值太低，並且所需分配比例應選擇為低於分配比例的當前值，以便較少的油被送至油冷卻器並且因此對要噴射的油的冷卻程度較小，這將增大第二基準溫度。
如果第二比率大於1，這表明第二基準溫度的值過高，並且所需分配比例應選擇為高於分配比例的當前值，以便較多的油被送至油冷卻器並且因此對要噴射的油的冷卻程度較大，這將降低第二基準溫度。
更佳地，第一速度值根據第二單調遞增函數取決於第二比率。
以這種方式，當第二基準溫度和第二期望溫度值之間存在較大偏差時，風扇速度相對於第一速度值的變化不會較小。
替代地或附加地，更佳地，第一速度值根據第三單調遞增函數取決於第五當前值。
結果，當風扇速度被控制到第一速度值時，當分配比例增加時風扇速度決不會變小，而當分配比例減少時風扇轉速決不會變大。
這有利於風扇速度控制的穩定性，因為當分配比例增加時風扇速度可以逐漸升高，而當分配比例減少時風扇轉速可以逐漸降低。這可以防止當分配比例從零值上升時風扇突然不得不從停止狀態開始高速啟動或者當分配比例突然下降到零值時風扇突然從高速狀態變為停止。
在另一個更佳的實施例中，當氣體壓縮設備 設置有後冷卻器以用於在被噴油元件下游冷卻壓縮氣體時，當後冷卻器中最低可用溫度的第八當前值高於所需最低可用溫度值時，基於以下來確定組中的第二速度值：第一速度值；和第八當前值與所需最低可用溫度值之間的第三比率；否則，第二速度值被設定為等於零。
這樣，當後冷卻器中最低可用溫度的第八當前值過高時，可以將風扇速度控制為高於第一速度值的第二速度值。這樣，除了利用風扇冷卻油冷卻器以外，還可以利用風扇充分冷卻後冷卻器，從而可以控制後冷卻器中氣體最大溫度，並將其限制在所需最低可用溫度。
較佳地，所需最低可用溫度等於後冷卻器中氣體第二冷凝溫度值加上補償量。
通過補償量可以避免在後冷卻器中形成冷凝液。
替代地或附加地，第二速度值根據第四單調遞增函數取決於第三比率。
在此情況下，如果最低可用溫度較大地偏離高於所需最低可用溫度值，則第二速度值將不會減小，使得最低可用溫度不會以加速速率進一步偏離所需最低可用溫度值。
在根據本發明的方法的另一個更佳實施例中，基於以下來確定組中的第三速度值：第一基準溫度的第九當前值；和第一基準溫度的預定最大值，其中，第三速度值：當第九當前值低於預定最大值時等於零；和當第九當前值高於預定最大值時等於代表風扇最大速度的值。
以這種方式，風扇速度可以被調節到通過超過預定最大值而確定的第三速度值，該預定最大值例如是氣體第一基準溫度最大值，出於安全原因起見第一基準溫度不得高於該最大值。
本發明還涉及一種計算控制組件，包括：第一計算控制單元，具有控制單元，用於將氣體壓縮設備中的第二基準溫度控制到第二期望溫度值；和第二計算控制單元，用於將氣體壓縮設備中的第一基準溫度控制到第一期望溫度值；用於執行根據上述任一實施例所述的方法。
最後，本發明涉及一種氣體壓縮設備，配備有根據本發明的這種計算控制組件。
顯然，這樣的計算控制組件和這樣的設備表現出與上述根據本發明實施例的方法相同的優點。
1:氣體壓縮設備
2:被噴油元件
3:入口
4:出口
5:第一馬達
6:噴油管網
7:排出口
8:分配裝置
9:風扇
10:油冷卻器
11:旁路
12:第二馬達
13:第一計算控制單元
14:計算單元
15:控制單元
16:第一溫度感測器
17:第二溫度感測器
18:第一壓力感測器
19:第三溫度感測器
20:第二壓力感測器
21:濕度感測器
22:第二計算控制單元
23:位置或流量感測器
24:油分離器
25:後冷卻器
26:第四溫度感測器
27:第五溫度感測器
為了更好地解釋本發明的特徵，以下參考附 圖以非限制性示例方式描述了根據本發明的方法、計算控制組件和設備的多個較佳實施例，其中：圖1示出了配備有根據本發明的計算控制組件的設備；圖2示出了根據本發明的方法的示意性總體視圖。
圖1示出了氣體壓縮設備1，氣體壓縮設備1包括被噴油元件2，被噴油元件2用於在氣體壓縮設備1的入口3處抽吸氣體並在被噴油元件2的出口4處將該氣體壓縮至工作壓力。
在本發明的範圍內，氣體壓縮設備1應被解釋為完整的壓縮機或真空泵設備，包括但不限於呈壓縮機元件或真空泵元件形式的被噴油元件2、所有典型的連接管和閥、氣體壓縮設備1的可選殼體、和用於驅動被噴油元件2的第一馬達5。
在本發明的上下文中，被噴油元件2應被理解為元件殼體，在其中，通過旋轉的轉子運動或通過往復的活塞運動來壓縮氣體。
就此而言，作為非限制性示例，被噴油元件2可以包括一個或多個螺桿轉子、齒輪轉子、擋板、旋葉、或活塞。
當氣體壓縮設備1包括壓縮機元件時，氣體壓縮設備1的入口3通常流體連接到氣體壓縮設備1的大氣環境。當氣體壓縮設備1包括真空泵元件時，入口 3通常在低於大氣壓下流體連接到用戶網路或封閉空間。
此外，氣體壓縮設備1還包括噴油管網6，噴油管網6具有排出口7，用於將油噴射到被噴油元件2中。
就此而言，在本發明範圍內不排除的是，噴油管網6包括多個排出口7，以用於將油噴射到被噴油元件2中。
在被噴油元件2中氣體的壓縮產生壓縮熱，該壓縮熱使氣體加熱。為了將被噴油元件2的出口4處壓縮氣體的溫度保持為低於某一最大安全極限，噴油的溫度應低於與該安全極限對應的最大水平。另一方面，出口4處壓縮氣體的溫度也不得降至低於出口4處氣體第一冷凝溫度或低於第一冷凝溫度加上第一安全裕度，以避免在出口4處形成冷凝液。因此，噴油的溫度必須高於與該第一冷凝溫度或該第一冷凝溫度加上第一安全裕度對應的最低水平。因此，被噴油元件2的出口4處的氣體溫度以及相應的噴油管網6的排出口7處的油溫度應分別相應地被控制在兩端限定的溫度區間內的值。
為此，噴油管網6包括：分配裝置8，用於將油分配成第一部分和第二部分，例如是恆溫控制閥；通過風扇9來冷卻的油冷卻器10，用於冷卻第一部分；和旁路11，用於使第二部分繞開油冷卻器10。
風扇9具有可變速度並由第二馬達12驅動。這使得例如可以通過調節風扇9的速度來控制待噴射油的第一部分的冷卻。
更概括而言，在本發明中，將風扇9的速度調節成使得氣體壓縮設備1中的第一基準溫度被控制到第一期望溫度值。
分配裝置8和旁路11設置用於把要噴射的油的第二部分繞開油冷卻器10，從而通過控制油的第一部分的分配比例來或多或少地限制油冷卻器10對要噴射的油的冷卻。以此方式，可以將氣體壓縮設備1中的第二基準溫度控制到第二期望溫度值，其中，第二基準溫度值例如是被噴油元件2的出口4處的壓縮氣體溫度或噴油管網6的排出口7處的油溫度。
由風扇9控制的第一基準溫度可以與第二基準溫度相同，其中，第一期望溫度值因此也等於第二期望溫度值。
為了控制分配比例，氣體壓縮設備1具有第一計算控制單元13。該第一計算控制單元13包括：計算單元14，用於確定第二期望溫度值；和控制單元15，用於基於用於第二基準溫度的第一當前值來把第一部分的分配比例調節到適應第二期望溫度。
在此情況下，控制單元15設計為例如是PID控制器或通斷式控制器。
在此情況下，用於第二基準溫度的第一當前 值是通過使用溫度感測器測量來提供的，溫度感測器例如是在被噴油元件2的出口4處的第一溫度感測器16或在噴油管網6的排出口7處的第二溫度感測器17。
第二期望溫度值由計算單元14至少基於以下來確定：代表工作壓力的第二當前值，該第二當前值例如是通過在被噴油元件2的出口4處使用第一壓力感測器18進行測量來提供；和代表入口3處氣體溫度的第三當前值，該第三當前值例如是通過在氣體壓縮設備1的入口3處使用第三溫度感測器19進行測量來提供。
此外，還可以考慮入口3處的大氣壓測量，該大氣壓測量例如是通過在氣體壓縮設備1的入口3處使用第二壓力感測器20來提供。但是，也可簡單地假設大氣壓的絕對標準值為1巴或1個大氣壓，這意味著大氣壓測量以及因此第二壓力感測器20對於本發明不是嚴格必要的。
同樣，還可以考慮在入口3處的相對濕度測量，例如在入口3使用濕度感測器21。替代地，也可以假設對於入口3處氣體來說最壞情況下相對濕度值為100%。在後一種情況下，入口3處相對濕度測量以及因此濕度感測器21對於本發明不是嚴格必要的。
在計算單元14確定的第二期望溫度值和用於第二期望溫度值的第一當前值的基礎上，控制單元15將確定所需分配比例並把第一部分油的分配比例控制到 該所需分配比例。
在圖1的情況下，分配裝置8位於油冷卻器10和旁路11的下游。然而，在本發明的上下文中，也不排除分配裝置8位於油冷卻器10和/或旁路11的上游，例如，位於通向油冷卻器10和旁路11的管道彼此分支的位置處。
為了控制風扇9的速度，氣體壓縮設備1配備有第二計算控制單元22。
第二計算控制單元22與第一計算控制單元13一起形成根據本發明的計算控制組件。
風扇9的控制，與如上所述第一部分油分配比例的控制一樣，目的可以是將第二基準溫度控制到第二期望溫度值。在此情況下，第一基準溫度因此將與第二基準溫度相同，並且第一期望溫度值將等於第二期望溫度值。
在此情況下，當用於第二基準溫度的第四當前值高於第二期望溫度值並且用於分配比例的第五當前值高於預定最小分配比例時，風扇9的所需速度則由第二計算控制單元22至少基於以下來確定：代表工作壓力的第六當前值，該第六當前值例如是通過在被噴油元件2的出口4處使用第一壓力感測器18進行測量來提供；和代表入口3處氣體溫度的第七當前值，該第七當前值例如是通過相應地使用第三溫度感測器19進行測量 來提供。
例如，可以通過使用第一溫度感測器16或第二溫度感測器17的測量來提供第四當前值。
第二期望溫度值由第二計算控制單元22從計算單元14獲得。
然後，為了能夠在控制風扇9的速度時考慮第一部分油分配比例，還可以考慮用於分配比例的第五當前值來確定風扇9的所需速度的具體值。該第五當前值可以通過使用分配裝置8中的位置或流量感測器23的測量來提供，通過位置或流量感測器23可以測量分配裝置8的開度以及因此第一部分油分配比例。
當然，在本發明的上下文中，第二計算控制單元22也可以直接從控制單元15獲得第五當前值(圖1中未示出)。在此情況下，位置或流量感測器23不再是必要的並且可以省去。
圖1還示出了由被噴油元件2壓縮的氣體可以流過例如油分離器24，在油分離器24中，通過將先前噴入被噴油元件2中的油從壓縮氣體分離來淨化壓縮氣體，然後淨化後的壓縮氣體才離開氣體壓縮設備1。
在此情況下，在可選的油分離器24中分離的油可以較佳地經由噴油管網6重新噴射到被噴油元件2中。
可選地，壓縮氣體(無論是否淨化)也可以在離開氣體壓縮設備1之前輸送通過後冷卻器25。壓縮氣體可以在該後冷卻器25中通過與油冷卻器10所用的相 同風扇9來冷卻。在此情況下，可以把風扇9的速度控制成使得後冷卻器25中氣體最低可用溫度低於所需最低可用溫度。在此情況下，第一基準溫度因此等於後冷卻器25中氣體最低可用溫度。基於所需最低可用溫度和用於最低可用溫度的第八當前值來控制風扇9，第八當前值是例如在後冷卻器25中適當位置使用第四溫度感測器26來測量的。
風扇9的速度也可以基於用於第一基準溫度的預定最大值來控制，例如在氣體壓縮設備1中溫度通常相對較高並且出於安全原因應該保持在最大值以下的位置。在此，第一基準溫度例如是氣體壓縮設備1的第一馬達5、第二馬達12或變頻器的溫度。第一基準溫度也可以是從後冷卻器25出來的氣體的溫度。
然後，使用用於第一基準溫度的第九當前值作為輸入來控制風扇9的速度，該第九當前值則是例如使用第五溫度感測器27來測量。
在本發明的上下文中，第五溫度感測器27也可與例如第一溫度感測器16或第二溫度感測器17重合。
如果第一馬達5是變速馬達，則計算單元14在確定第二期望溫度時也可考慮代表第一馬達5轉速的第十當前值，而第二計算控制單元22在確定風扇9的所需速度時也可考慮代表第一馬達5轉速的第十一當前值。
圖2示出了根據本發明的方法的示意性總體 視圖。
如前所述，在計算單元14中確定用於第二基準溫度的第二期望溫度值。
在此情況下，基於在兩個溫度值構成的組中的最高溫度值來確定第二期望溫度值。這在圖2中用第一最大化算子MAX1來表示。
因此，組中的第一溫度值T1代表使得被噴油元件2的出口4處壓縮氣體溫度等於被噴油元件2中的出口4處壓縮氣體第一冷凝溫度或第一冷凝溫度加上第一安全裕度時的第二基準溫度的值。
第一冷凝溫度可以通過本領域技術人員已知的方式來確定，例如在WO 2018/033827A1中描述。
當確定第一溫度值時，代表第一冷凝溫度加上或不加上第一安全裕度的值Tcond在此情況下仍然可以根據第一最小溫度極限Tmin,1和第一最大溫度極限Tmax,1之間的第一溫度區間來限制。第一冷凝溫度加上或不加上第一安全裕度的該限制在第一限制算子LIM1中執行。
如果第二基準溫度是在被噴油元件2的出口4處的氣體溫度，則第一最小溫度極限值Tmin,1和第一最大溫度極限值Tmax,1的值可以在例如0℃和120℃之間變化，並且該值可以設定為具有例如1℃的精度。
組中的第二溫度值代表使得氣體壓縮設備1的具體能量需求為最小時的第二基準溫度值TSER。
當第一馬達5是定速馬達時，第二基準溫度 的值TSER可以根據代表工作壓力的第二當前值α2和代表入口3處氣體溫度的第三當前值α3來計算，例如根據以下方程式：TSER=B．α3+C．α2+D (方程式1)
當第一馬達5是變速馬達時，第二基準溫度的值TSER可以根據代表工作壓力的第二當前值α2、代表入口3處氣體溫度的第三當前值α3和代表第一馬達5轉速的第十當前值α10來計算，例如根據以下方程式：TSER=A．α10+B．α3+C．α2+D (方程式2)
在此，當前值α10是用於第一馬達5轉速的值，該值被確定為第一馬達5最大轉速的百分比。
在前面的方程式1和方程式2中，第二基準溫度的值TSER以℃表示，第二當前值α2被確定為工作壓力(單位：巴)，第三當前值α3被確定為入口3處的氣體溫度(單位：℃)。
如果第二基準溫度是被噴油元件2的出口4處的氣體溫度，則前述方程式1和方程式2中常數A、B、C和D的可能值區間為：
當確定第二溫度值T2時，仍然可以根據第二最小溫度極限值Tmin,2和第二最大溫度極限值Tmax,2之間的第二溫度區間來限制值TSER。該值TSER的限制由 第二限制算子LIM2執行。
如果第二基準溫度是被噴油元件2的出口4處的氣體溫度，則第二最小溫度極限值Tmin,2和第二最大溫度極限值Tmax,2的值可以在例如0℃和120℃之間變化，並且該值可以設定為具有例如1℃的精度。
可選地，當第二基準溫度要從舊溫度值控制到第二期望溫度值時，由第一最大化算子MAX1產生的最高溫度值可以根據一方面舊溫度值減去最大溫度降低值ΔTmax,down和另一方面舊溫度值加上最大溫度升高值ΔTmax,up之間的第三溫度區間來限制。這樣可避免第二基準溫度的過度降低或增加。最高溫度值的限制由第三限制算子LIM3執行。
在此，可以確定用於將舊溫度值控制到第二期望溫度值的預定時間區間Δt，其中，最大溫度降低值ΔTmax,down和最大溫度升高值ΔTmax,up與該預定時間區間Δt的長度是正相關的。
可選地，第二期望溫度值仍然可以根據一方面第三最小溫度極限值Tmin,3與另一方面第二最大溫度極限值Tmax,3之間的第四溫度區間來限制。
如果第二基準溫度是被噴油元件2的出口4處的氣體溫度，則第三最小溫度極限值Tmin,3可以設定為例如20℃和80℃之間的值，精度例如為1℃，以防止在出口4處形成冷凝液。
替代地，如果噴油管網6還配備有可以從油分離器24分離的油中把熱量回收到吸熱流體中的熱回 收系統(圖1中未示出)，則第三最小溫度值Tmin,3可以設定為高值，例如105℃。第三最小溫度值Tmin,3的這種高值允許即使在吸熱流體相對較高溫度下熱回收系統也能從噴油管網6中的油中回收較大量熱量。
第三最大溫度極限值Tmax,3可以設定為例如100℃和120℃之間的值，精度例如為1℃。
在計算單元14中如此確定的第二期望溫度值進一步在控制單元15中被用於基於第二基準溫度的第一當前值α1和該第二期望溫度值之間的第一比率β1來確定所需分配比例。
根據第一單調遞增函數取決於第一比率β1，所需分配比例可以被確定為最小零值和最大值100%之間的連續比例。
另一方面，所需分配比例也可以被確定為二元比例，在氣體壓縮設備1的工作期間該二元比例是以下：當第一當前值α1高於第二期望溫度值或第二期望溫度值加上第二安全裕度時或在第一週期期間高於第二期望溫度值或第二期望溫度值加上第二安全裕度時，該二元比例最大值為100%；否則的話，該二元比例為最小零值。
在此，第二安全裕度可以設定為例如0℃和20℃之間的值，精度例如為0.1℃。
第一週期可以設定為例如0秒到255秒之間的值。
在控制單元15確定的所需分配比例的基礎 上，然後驅動分配裝置8以實際地實現所需分配比例。
使用第二計算控制單元22來確定用於將第一基準溫度控制到第一期望溫度值的風扇9的所需速度。
為此，從一組在此情況下為三個速度值中選擇所需速度作為最高速度值。這在圖2中用第二最大化算子MAX2表示。
在此情況下，組中的第一速度值v1代表實現第二基準溫度的第二期望溫度值所需的風扇9的速度值。
在氣體壓縮設備1尚待升溫的第一工作狀態中，即，當第二基準溫度的第四當前值α4低於終止該第一升溫工作狀態所需預定最低溫度(例如90℃)時，第一速度值v1等於零值。
在氣體壓縮設備1的第二工作狀態(其中，第四當前值α4高於預定最小溫度)中，當分配比例低於預定最小分配比例或第四當前值α4低於第二期望溫度值時，第一速度值v1仍然等於零值。
例如，預定最小分配比例可以設定為例如0%和例如100%之間的值，精度例如為1%。
另一方面，在第二工作狀態下，當分配比例的第五當前值α5高於預定最小分配比例並且第四當前值α4高於第二期望溫度值時，第一速度值v1至少基於以下來確定：代表工作壓力的第六當前值α6；和 代表入口3處氣體溫度的第七當前值α7。
當第一馬達5是變速馬達時，當確定第一速度值v1時，還考慮代表第一馬達5轉速的第十一當前值α11，例如根據以下方程式來考慮：v1=v1,raw=E．α11+F．α7+G．α6+H (方程式7)
在此，當前值α11是用於第一馬達5轉速的值，該值被確定為第一馬達5最大轉速的百分比。
在前面的方程式7中，第一速度值v1被確定為風扇9最大速度的百分比，第六當前值α6被確定為工作壓力(單位：巴)，第七當前值α7被確定為入口3處的氣體溫度(單位：℃)。
如果第二基準溫度是被噴油元件2的出口4處的氣體溫度，則方程式7中的常數E、F、G和H的可能值區間為：
在此情況下，當第四當前值α4高於第二期望溫度值加上第一公差值時；或當在第二週期期間第四當前值α4高於第二期望溫度值加上第一公差值時；或當第四當前值α4低於第二期望溫度值減去第二公差值時；或 當在第三週期期間第四當前值α4低於第二期望溫度值減去第二公差值時；則第一速度值v1進一步基於至少以下來確定：分配比例的第五當前值α5；和第四當前值α4和第二期望溫度值之間的第二比率β2。
例如，第一公差值和第二公差值可以設定在例如0℃和例如20℃的值之間，精度例如為0.1℃。
例如，第二區間和第三區間可以設定在例如0秒和例如255秒的值之間。
在此情況下，第一速度值v1較佳地根據第二單調遞增函數取決於第二比率β2，並且替代地或附加地較佳地根據第三單調遞增函數取決於第五當前值α5，例如根據以下方程式：v1=v1,raw．α5^P．β2^Z (方程式12)
在該方程式12中，第五當前值被確定為第一部分油的百分比分配比例。
方程式12中常數P和Z的可能值區間為：P=0-4 (方程式13)
Z=0-4 (方程式14)
組中的第二速度值v2確定如下：當後冷卻器25中最低可用溫度的第八當前值α8高於所需最低可用溫度的值時，第二速度值v2根據以下來確定： 第一速度值v1；和第八當前值α8與所需最低可用溫度值之間的第三比率β3；否則，第二速度值v2被設定為等於零。
所需最低可用溫度等於後冷卻器25中氣體第二冷凝溫度值加上補償量。
第二速度值v2較佳根據第四單調遞增函數取決於第三比率β3。當後冷卻器25中最低可用溫度的第八當前值α8高於所需最低可用溫度值時，例如根據以下方程式計算第二速度值v2：v2=v1．β3^P (方程式15)
在前面的方程式15中，第二速度值v2被確定為風扇9最大速度的百分比。
常數P的可能值區間已經在方程式13中給出。
組中的第三速度值v3基於以下來確定：第一基準溫度的第九當前值α9；和第一基準溫度的預定最大值，其中，第三速度值α9：當第九當前值α9低於預定最大值時等於零；和當第九當前值α9高於預定最大值時等於代表風扇9最大速度的值。
例如，預定最大值可以設定在例如90℃和例如120℃的值之間，精度例如為1℃。
最後，根據第二計算控制單元22確定的所 需速度，驅動第二馬達12使風扇9以所需速度實際工作。
本發明不限於作為示例描述並在圖中示出的實施例，而是在不脫離申請專利範圍中定義的本發明範圍的情況下根據本發明的方法、計算控制裝置、或設備可以按各種變型實施。
1:氣體壓縮設備 2:被噴油元件 3:入口 4:出口 5:第一馬達 6:噴油管網 7:排出口 8:分配裝置 9:風扇 10:油冷卻器 11:旁路 12:第二馬達 13:第一計算控制單元 14:計算單元 15:控制單元 16:第一溫度感測器 17:第二溫度感測器 18:第一壓力感測器 19:第三溫度感測器 20:第二壓力感測器 21:濕度感測器 22:第二計算控制單元 23:位置或流量感測器 24:油分離器 25:後冷卻器 26:第四溫度感測器 27:第五溫度感測器

Claims (27)

  1. 一種用於將氣體壓縮設備(1)中第一基準溫度控制到第一期望溫度值的方法， 其中，氣體壓縮設備(1)包括以下部件： 被噴油元件(2)，用於在氣體壓縮設備(1)的入口(3)處抽吸氣體並在被噴油元件(2)的出口(4)處將氣體壓縮至工作壓力； 噴油管網(6)，具有排出口(7)，以用於將油噴射到被噴油元件(2)中，噴油管網包括： 分配裝置(8)，用於將油分配成第一部分和第二部分； 由風扇(9)冷卻的油冷卻器(10)，用於冷卻第一部分；和 旁路(11)，用於使第二部分繞開油冷卻器(10)， 其中，首先： 確定第一部分的所需分配比例，以將氣體壓縮設備(1)中的第二基準溫度引導至第二期望溫度值；和 將第一部分的分配比例控制到所需分配比例， 並且其中，隨後： 確定風扇(9)的所需速度，以將第一基準溫度引導至第一期望溫度值，其中，如果第一基準溫度與第二基準溫度相同，則基於第二期望溫度值和分配比例來確定所需速度；和 將風扇(9)的速度控制到所需速度， 其特徵在於，使用控制單元(15)基於非模糊邏輯算法用以下作為輸入來控制分配比例： 第二基準溫度的第一當前值α 1；和 第二期望溫度值。
  2. 如請求項1之方法，其中，基於在一個或多個溫度值構成的組中的最高溫度值來確定第二期望溫度值。
  3. 如請求項2之方法，其中，該組中的第一溫度值T 1代表使得出口(4)處壓縮氣體溫度等於以下時的第二基準溫度的值T cond： 出口(4)處壓縮氣體第一冷凝溫度；或 第一冷凝溫度加上第一安全裕度。
  4. 如請求項3之方法，其中，根據第一最小溫度極限值T min,1和第一最大溫度極限值T max,1之間的第一溫度區間來限制第一溫度值T 1。
  5. 如請求項2至4中任一項之方法，其中，該組中的第二溫度值T 2代表使得氣體壓縮設備(1)的具體能量需求為最小時的第二基準溫度的值。
  6. 如請求項5之方法，其中，至少基於以下來確定第二溫度值T 2： 代表工作壓力的第二當前值α 2；和 代表入口(3)處氣體溫度的第三當前值α 3。
  7. 如請求項5之方法，其中，根據第二最小溫度極限值T min,2和第二最大溫度極限值T max,2之間的第二溫度區間來限制第二溫度值T 2。
  8. 如請求項2至4中任一項之方法，其中： 將第二基準溫度從舊溫度值控制到第二期望溫度值；和 為了確定第二期望溫度值，根據一方面舊溫度值減去最大溫度降低值ΔT max,down和另一方面舊溫度值加上最大溫度升高值ΔT max,up之間的第三溫度區間來限制所述最高溫度值。
  9. 如請求項8之方法，其中，在預定時間區間Δt內將第二基準溫度從舊溫度值控制到第二期望溫度值，並且最大溫度降低值ΔT max,down和最大溫度升高值ΔT max,up與預定時間區間Δt的長度是正相關的。
  10. 如請求項2至4中任一項之方法，其中，根據第一當前值α 1和第二期望溫度值之間的第一比率β 1來確定所需分配比例。
  11. 如請求項10之方法，其中，在最小零值和最大值100%之間的所需分配比例根據第一單調遞增函數取決於第一比率β 1。
  12. 如請求項10之方法，其中： 當第一當前值α 1高於第二期望溫度值或第二期望溫度值加上第二安全裕度時或當第一當前值α 1在第一週期期間高於第二期望溫度值或第二期望溫度值加上第二安全裕度時，所需分配比例為最大值100%；否則，所需分配比例為最小零值。
  13. 如請求項1至4中任一項之方法，其中，第二基準溫度： 是在被噴油元件(2)的出口(4)處的氣體的溫度；或 是噴油管網(6)的排出口(7)處的油的溫度。
  14. 如請求項1至4中任一項之方法，其中，基於在由一個或多個速度值構成的組中的最高速度值來確定所需速度。
  15. 如請求項14之方法，其中，該組中的第一速度值v 1代表實現第二基準溫度的第二期望溫度值所需的風扇(9)的速度值。
  16. 如請求項15之方法，其中， 當第二基準溫度的第四當前值α 4高於預定最小溫度時；和 當分配比例的第五當前值α 5高於預定最小分配比例並且第四當前值α 4高於第二期望溫度值時， 至少基於以下來確定第一速度值v 1： 代表工作壓力的第六當前值α 6；和 代表入口(3)處氣體溫度的第七當前值α 7。
  17. 如請求項16之方法，其中， 當第四當前值α 4高於第二期望溫度值加上第一公差值時；或 當在第二週期期間第四當前值α 4高於第二期望溫度值加上第一公差值時；或 當第四當前值α 4低於第二期望溫度值減去第二公差值時；或 當在第三週期期間第四當前值α 4低於第二期望溫度值減去第二公差值時， 還基於至少以下來確定第一速度值v 1： 分配比例的第五當前值α 5；和 第四當前值α 4和第二期望溫度值之間的第二比率β 2。
  18. 如請求項17之方法，其中，第一速度值v 1根據第二單調遞增函數取決於第二比率β 2。
  19. 如請求項17之方法，其中，第一速度值v 1根據第三單調遞增函數取決於第五當前值α 5。
  20. 如請求項14之方法，其中，當氣體壓縮設備(1)設置有後冷卻器(25)以用於在被噴油元件(2)下游冷卻壓縮氣體時， 當後冷卻器(25)中最低可用溫度的第八當前值α 8高於所需最低可用溫度值時，基於以下來確定該組中的第二速度值v 2： 第一速度值v 1；和 第八當前值α 8與所需最低可用溫度值之間的第三比率β 3； 否則，第二速度值v 2被設定為等於零。
  21. 如請求項20之方法，其中，所需最低可用溫度等於後冷卻器(25)中氣體第二冷凝溫度值加上補償量。
  22. 如請求項20之方法，其中，第二速度值v 2根據第四單調遞增函數取決於第三比率β 3。
  23. 如請求項14之方法，其中，基於以下來確定該組中的第三速度值v 3： 第一基準溫度的第九當前值α 9；和 第一基準溫度的預定最大值， 其中，第三速度值v 3： 當第九當前值α 9低於預定最大值時等於零；和 當第九當前值α 9高於預定最大值時等於代表風扇(9)最大速度的值。
  24. 如請求項6之方法，其中，在噴油元件(2)由變速馬達驅動的情況下，還基於代表變速馬達轉速的第十當前值α 10來確定第二溫度值T 2。
  25. 如請求項16之方法，其中，在噴油元件(2)由變速馬達驅動的情況下，還基於代表變速馬達轉速的第十一當前值α 11來確定第一速度值v 1。
  26. 一種計算控制組件，包括： 第一計算控制單元(13)，具有控制單元(15)，用於將氣體壓縮設備(1)中的第二基準溫度控制到第二期望溫度值；和 第二計算控制單元(22)，用於將氣體壓縮設備(1)中的第一基準溫度控制到第一期望溫度值； 用於執行如請求項1至25中任一項之方法。
  27. 一種氣體壓縮設備，具有如請求項26之計算控制組件。
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