关于螺杆压缩机的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及螺杆压缩机驱动器以及确定螺杆压缩机驱动器的操作特性的方法，所述方法包括：通过螺杆压缩机的可变旋转速度向螺杆压缩机的压力容器加压，螺杆压缩机的旋转速度具有速度包络，在该速度包络中旋转速度阶跃改变，以使得在阶跃改变之间螺杆压缩机的旋转速度在一段时间保持基本上恒定；重复速度包络直到压力容器的压力达到设定的压力值；当螺杆压缩机的旋转速度保持基本上恒定时，确定加压期间的压力容器的压力、螺杆压缩机驱动器的功耗和质量流率；基于所确定的压力容器的压力和螺杆压缩机驱动器的功耗来计算作为压力容器的压力和螺杆压缩机的旋转速度的函数的螺杆压缩机驱动器的能量效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及螺杆压缩机，特别是通过频率转换器驱动的螺杆压缩机
技术介绍
螺杆压缩机是广泛应用的用于生成具有多种用途的加压气体的压缩机类型。例如，螺杆压缩机的用途之一是在加压空气系统中产生针对容器或类似的压力罐的加压空气，通过软管或管道使用来自该容器或相似的压力罐的加压空气。在这种系统中，螺杆压缩机被操作以向容器提供所需压力，并且在使用加压气体期间保持容器被加压。通过电动机使螺杆压缩机旋转以产生压力。再者，常常采用频率转换器来以受控的和高效的方式驱动电动机。为了通过频率转换器高效地控制系统，应针对系统的不同操作点以及在这些操作点的特征功耗来识别系统。在不同操作点的功耗可以通过大量测试过程来收集，在所述测试过程中在每个操作点收集功耗数据。然而，这种操作要花费很长时间。再者，螺杆压缩机系统的属性可能会发生改变，因此确定最高效的操作点的过程应定期重复以获得可靠的结果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种方法和用于实现该方法的装置，以便解决上述问题。本专利技术的目的通过特征在独立权利要求中被陈述的方法和装置来实现。本专利技术的优选实施方案在从属权利要求中公开。本专利技术基于如下思想：填充螺杆压缩机系统的压力容器，使得在填充容器或对容器加压期间，能够确定系统的在期望操作点的效率或者功率。再者，可以基于容器的单次填充生成能耗图。这种图可以被用来根据容器的压力确定频率转换器的最佳旋转速度基准。本专利技术的优点在于：在填充压力容器之后，仅使用频率转换器的内部测量就能够确定最佳旋转速度而不需要任何外部测量仪器。附图说明在下文中将参照附图借助于优选实施方案更加详细地描述本专利技术，在附图中：图1示出了本专利技术的实施方案中使用的速度包络；图2示出了通过图1的速度包络获得的质量流量包络；图3示出了通过图1的速度包络获得的、作为旋转速度的函数的压力比率；图4示出了作为压力比率的函数的能耗的图线；图5示出了作为旋转速度的函数的能耗的图线；以及图6示出了作为压力比率的函数的最佳旋转速度的路径。具体实施方式在本专利技术中，通过频率转换器驱动包括螺杆压缩机和频率转换器的螺杆压缩机驱动器。众所周知，频率转换器可以以可变的旋转速度驱动电动机。在与本专利技术相关联的系统中，频率转换器的输出连接到使螺杆压缩机旋转以产生加压气体的电动机。频率转换器典型地包括具有计算能力的处理器和内部测量。所述测量涉及例如旋转速度，转矩和功率。这些测量可以被用在设备的处理器中用于进一步计算。在本专利技术中，通过频率转换器驱动的螺杆压缩机的压力容器被填充或加压。根据本专利技术的实施方案，使用以定时方式改变速度的特定速度包络来进行加压。在该速度包络中，速度阶跃改变，并且在某一时间间隔内基本上保持恒定。同一个速度包络被重复直至系统的压力容器被加压至设定水平。速度包络在规定的时间间隔内保持恒定，以使得系统稳定用于精确测量。根据系统的属性，恒定速度操作的合适值在5到25秒的范围内。所提到的属性包括测量中的可能时间延迟和系统的建立时间。根据本专利技术的实施方案，在压力容器的填充期间速度包络至少被重复三次。执行速度包络的重复，使得每当重复该包络时，旋转速度的改变基本上相同，并且在相同的水平处保持旋转速度基本上恒定。图1示出了实施方案中使用的速度包络的示例。首先，速度被增加至2000rpm用于为将初始压力建立到压力容器。然后，速度被降低至大约700rpm，并且从700rpm在大约80s的时刻开始阶跃改变。在图1的示例中，速度以300rpm的步长增加，并且在10秒的时段内基本上保持恒定。图2示出了通过图1的速度包络获得的质量流率，并且图3示出了通过图1的速度包络获得的、作为电机速度的函数的容器的压力比率。压力比率是容器的压力与周围环境的压力的比率。当周围环境的压力处在正常水平时，压力比率直接对应于容器的压力(即周围环境的压力为1bar)。从图2可以看到，质量流率相对于螺杆压缩机的旋转速度是线性的。因此，当螺杆压缩机的单个旋转速度的质量流率已知时，可以直接计算任合旋转速度的质量流率。典型地，具有额定旋转速度的质量流率是已知的。从图3可以看到，旋转速度的阶跃改变引起压力的阶跃改变。再者，当速度包络被重复时，容器以相同的旋转速度通过不同的压力被加压。根据本专利技术，螺杆压缩机系统的功耗在压力容器的加压期间被确定。优选地，确定整个系统的功耗以便找到作为容器的压力的函数的最佳旋转速度。可以通过已知的方式基于频率转换器的输出电压和输出电流来计算频率转换器的输出功率，输出电压和输出电流二者在频率转换器处是容易获知的。因此，还将功率因数考虑在内，可以通过已知的方式将频率转换器的输出功率Pfc,output计算为输出电流和输出电压的积。可以使用下式估计频率转换器的损耗Pfc,loss：Pfc,loss=(0,35+0,1ffn+0,55TTn)Pfc,loss,nom]]>其中f是频率转换器的输出频率，fn是频率转换器的额定频率，T是电机转矩，Tn是额定电机转矩，并且Pfc,loss，nom是频率转换器在额定点的损耗。与旋转速度类似，在频率转换器的控制系统中容易获得转矩。针对频率转换器的输入功率Pin可以被计算为频率转换器的损耗与频率转换器的输出功率的和。上面给出的式是频率转换器的损耗的可能近似的示例。可以使用其他可能的过程计算或确定损耗。甚至可以使用频率转换器的内部测量来直接测量对频率转换器的输入功率。每当在速度包络的阶跃改变之后，确定输入功率或功耗。在频率转换器中螺杆压缩机的压力也是已知的。甚至可以对频率转换器进行压力控制，以使得通过改变针对系统的压力基准来获得速度包络。从图3的示例可以看到，当根据本专利技术操作时，螺杆压缩机以同一旋转速度操作至少三个不同的压力比率。这意味着通过同一旋转速度，获得与不同的压力比率相关的至少三个能耗值。如前所述，在所述过程中改变旋转速度，因此通过多个旋转速度，针对每个旋转速度利用多个压力比率，获得功耗测量结果。如果在频率转换器的恒定速度操作期间压力比率略微变化，则在恒定速度操作期间可以计算压力比率的平均值。这样，使用压力比率的平均值表示该恒定速度操作中的压力比率。类似地，如果功耗在恒定速度操作期间变化，则可以计算功耗的平均值并且将其用作表示功耗的值。这样确定的功耗不能指示与压缩机操作相关的效率。压缩机驱动器的能量效率可以被计算为：Es=Pinqm·3600,]]>其中Pin是对压缩机驱动器(即频率转换器的输入功率)的输入功率，并且qm是质量流率(kg/s)。上式表明为了获得加压空气的质量流率必须消耗多少能量，并且所获得的效率单位是kWh/kg。所获得的能耗数据被存储并且用于计算在一个或更多个操作点的效率或能耗。使用所收集的数据的一种可能是建立作为压力比率的函数的最佳旋转速度曲线。可以根据压力比率从该曲线读取频率转换器的最佳旋转速度。下面呈现形成该曲线的一种可能方法。基于图3和所计算的能耗，能量效率Es可以被绘制成具有固定旋转速度n的压力比率pr的函数。就是说，对于其中测量功耗的旋转速度，能量效率被绘制成压力比率的函数。图4中示出了关于旋转速度n＝1000和n＝2000这种图线的示例。图4的图线中的特定样本被示出为点。此外，基于这些取样值形成二阶多项式拟合曲线，并且其也呈现在图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定螺杆压缩机驱动器的操作特性的方法，所述螺杆压缩机驱动器包括通过频率转换器驱动的螺杆压缩机，其中所述方法包括：通过所述螺杆压缩机的可变旋转速度向所述螺杆压缩机的压力容器加压，所述螺杆压缩机的旋转速度具有速度包络，在所述速度包络中所述旋转速度阶跃改变，以使得在阶跃改变之间所述螺杆压缩机的旋转速度在一段时间内保持基本上恒定，重复所述速度包络直到所述压力容器的压力达到设定的压力值，当所述螺杆压缩机的旋转速度保持基本上恒定时，确定加压期间的所述压力容器的压力、所述螺杆压缩机驱动器的功耗和质量流率，基于所确定的所述压力容器的压力和所述螺杆压缩机驱动器的功耗，计算作为所述压力容器的压力和所述螺杆压缩机的旋转速度的函数的所述螺杆压缩机驱动器的能量效率。

【技术特征摘要】
2015.07.15 EP 15176847.01.一种确定螺杆压缩机驱动器的操作特性的方法，所述螺杆压缩机驱动器包括通过频率转换器驱动的螺杆压缩机，其中所述方法包括：通过所述螺杆压缩机的可变旋转速度向所述螺杆压缩机的压力容器加压，所述螺杆压缩机的旋转速度具有速度包络，在所述速度包络中所述旋转速度阶跃改变，以使得在阶跃改变之间所述螺杆压缩机的旋转速度在一段时间内保持基本上恒定，重复所述速度包络直到所述压力容器的压力达到设定的压力值，当所述螺杆压缩机的旋转速度保持基本上恒定时，确定加压期间的所述压力容器的压力、所述螺杆压缩机驱动器的功耗和质量流率，基于所确定的所述压力容器的压力和所述螺杆压缩机驱动器的功耗，计算作为所述压力容器的压力和所述螺杆压缩机的旋转速度的函数的所述螺杆压缩机驱动器的能量效率。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括：选择作为所述压力容器的压力的函数的、所述频率转换器的最佳旋转速度。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中计算能量效率包括：选择多个旋转速度，对于所选择的旋转速度，计算关于压力比率和能量效率的至少二阶的多项式拟合曲线，选择多个压力比率，对于所选择的压力比率，计算关于旋转速度和能量效率的至少二阶的多项式拟合曲线，以及对于每个所选择的压力比率，根据所计算的关于旋转速度和能量效率的多项式拟合曲线来确定具有最佳能量效率的旋转速度。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：安蒂·科索宁，耶罗·阿霍拉，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI