專利名稱：用于調節(jié)噴油壓縮機設備的工作壓力的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于調節(jié)噴油壓縮機設備的工作壓力的裝置。
背景技術：
在同一申請人的EP0 942 173中已經7>開了一種用于調節(jié)噴油壓縮機設備的工作壓力的裝置，所述噴油壓縮機設備設有壓縮機元件，所述壓縮機元件由馬達驅動，所述馬達受到控制模塊控制且其轉速可調節(jié)，其中所述噴油壓縮機元件設有空氣進入口和壓縮空氣出口，所述壓縮空氣出口與油分離器相連，所述油分離器具有用于供應壓縮氣體的壓縮空氣管，其中所述裝置設有與上述空氣進入口相連的受控制的進入閥和具有排放管的排放機構，所述排放管連接油分離器和進入閥，并且可通過排放閥封閉。
在這種已知裝置中，壓縮機元件的進入閥受到氣動控制。
這種氣動控制系統(tǒng)的缺陷在于存在連續(xù)的壓縮空氣損失，這對于這種控制系統(tǒng)的良好操作是必然的。
這種已知氣動控制系統(tǒng)的另 一缺陷在于壓縮機設備在卸載時的工作壓力總是高于加載時的工作壓力，由此在壓縮機設備處于卸載狀態(tài)時，工作壓力要求從發(fā)動機獲得更多的功率。
已知的氣動控制系統(tǒng)的另一缺陷在于調節(jié)壓力管和空氣室形成較大的時間常數，從而使得在壓縮機設備的輸出流突然出現波動時，在工作壓力上將會出現"過沖"或者"下沖"，因此，工作壓力分別將突然表現出非常高或者非常低的值。
與之相關的缺陷是在調節(jié)壓力管的尺寸發(fā)生改變時(例如由于進行了更換或修理)，上述時間常數將具有不同的數值，這不利于調節(jié)的穩(wěn)定性。已知裝置的附加缺陷在于在氣動控制系統(tǒng)的調節(jié)壓力管中將會形成冷凝物，它在設備運行期間會通過空氣孔排出，但是在壓縮機設備已被關閉時會留在管中且可能積聚于此。
在溫度低于零度的情況下，調節(jié)壓力管還會發(fā)生凍結，且因此阻礙氣動控制系統(tǒng)形成良好的運轉狀態(tài)。
另一附加缺陷是在已知的裝置中，所需要的工作壓力是通過擰緊氣動調節(jié)閥而進行手動設定的。而且，這種設定只能發(fā)生在壓縮機設備工作期間。
已知裝置的另一缺陷在于進入閥通常具有活塞閥的形式，這是不利的，因為它的設計會造成較大的輸入損失。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在彌補上述和其它缺陷中的一種或幾種。
為此，本發(fā)明涉及一種用于調節(jié)噴油壓縮機設備的工作壓力的裝置，噴油壓縮機設備設有壓縮機元件，所述壓縮才幾元件受到馬達的驅動，所述馬達受到控制模塊的控制且具有可調節(jié)的轉速，其中所述壓縮機元件設有空氣進入口和壓縮空氣出口 ，所述壓縮空氣出口與油分離器相連，所述油分離器具有用于供應壓縮氣體的壓縮空氣管，其中所述裝置設有與上述空氣進入口相連的受控制的進入閥和具有排放管的排放機構，所述排放管連接油分離器和進入閥，并且可借助排放閥來封閉，其中所述裝置的特征在于上述進入閥、排放閥以及控制模塊都是與用于調節(jié)油分離器中的工作壓力的電子控制單元相連的電控部件，其中所述工作壓力由工作壓力傳感器測量，所述工作壓力傳感器也與所述電子控制單元相連。
根據本發(fā)明的裝置的優(yōu)點在于壓縮機設備的效率得到極大改善，因為不再具有使用氣動控制系統(tǒng)時所具有的壓縮空氣損失。
根據本發(fā)明的裝置的另一優(yōu)點在于能夠在壓縮機設備加載和卸載時恒定地維持工作壓力，在卸載時要求從發(fā)動機中獲得更少的功率。
根據本發(fā)明的這種裝置的另一優(yōu)點在于與已知的基于壓縮空氣的調節(jié)系統(tǒng)相比，時間常數要小的多，這使得裝置能夠更快地對壓縮機設備的輸出流量上的變化作出反應，從而得到更小的"過沖"和"下
沖，，；以及在于時間常數可得到更好地控制。
根據本發(fā)明的裝置的另一附加優(yōu)點是氣動的調節(jié)壓力管可被省略，這使得凍結問題被限制在排放閥中。
根據本發(fā)明的裝置的另一優(yōu)點是可通過控制面板輕易地輸入所需要的工作壓力。
根據本發(fā)明的裝置的附加優(yōu)點是電子控制系統(tǒng)更適用于額外的功能，諸如通過遠程控制從遠處輸入所需要的工作壓力。
上述進入閥優(yōu)選地制成蝶形閥的形式，所述蝶形閥由步進馬達驅動，所述步進馬達附帶有步進馬達電子卡，所述電子卡優(yōu)選地具有微步進程序。
其優(yōu)點在于這種蝶形閥所造成的輸入損失遠小于用在傳統(tǒng)氣動控制系統(tǒng)中的活塞閥。蝶形閥的非線性操作特性曲線可以電子方式輕易實現。
在根據本發(fā)明的裝置的優(yōu)選實施例中，上述控制單元設有工作壓力控制器，所述控制器被制成PID控制器的形式，其輸出信號代表設定馬達轉速、空氣進入口處的入口壓力和通過排放閥的排放流量的所需要的輸出流量。
因此，輸出流量是通過壓縮空氣管的空氣質量流量，而排放流量是流過排放閥的空氣質量流量。
根據本發(fā)明的優(yōu)選特性，該裝置還設有與上述控制單元相連的入口壓力傳感器，此控制單元設有為具有增量(reinforcement)的PID控制器的形式的入口壓力控制器，其中所述增量是進入閥位置的函數、或者壓縮機元件的空氣進入口處的進入閥后面的絕對壓力與進入閥的
輸入側上的絕對壓力之間的關系的函數。


為了更好地解釋本發(fā)明的特性，下面僅以舉例而非限制性的方式，參考附圖給出根據本發(fā)明的用于噴油壓縮機設備的控制系統(tǒng)的優(yōu)選實
施例，在附圖中
圖1示意性地描繪了設有根據本發(fā)明的裝置的噴油壓縮機設備；圖2描繪了根據本發(fā)明的控制系統(tǒng)的技術控制模式圖；圖3描繪了圖1中的裝置的工作圖4描繪了為根據圖1的裝置的一部分的進入閥的工作曲線；圖5描繪了入口壓力控制器的增量曲線。
具體實施例方式
圖1示意性地描繪了一種壓縮機設備1,其在這種情況下被制成噴油螺桿壓縮機的形式，所述壓縮機設有壓縮機元件2，所述壓縮機元件2通過傳動裝置3由具有可調節(jié)轉速的馬達4驅動。
壓縮機元件2設有用于經由空氣過濾器6引入待壓縮氣體的空氣進入口 5和通過止回閥8在管道9中打開的壓縮空氣出口 7，所述管道9被連接到已知類型的油分離器10上。
通過壓縮空氣管11 (其通過最小壓力閥12與上述油分離器10相連)，壓縮空氣的使用者可獲取具有一定工作壓力Pw的壓縮氣體，并且例如將其送入壓縮空氣網絡或類似物中。
上述油分離器IO通過噴射管(未在圖1中示出)與噴射閥相連，所述噴射閥設在壓縮機元件2上，以便將與壓縮空氣分開的油噴入所述壓縮才幾元件2以對其進4亍潤滑和冷卻。
上述馬達4在這種情況下為熱力馬達(thermal motor )， 其設有電力起動機(未在圖1中示出)和用于控制轉速的電子控制模塊13。
上述馬達4還設有冷卻風扇14。
另外，壓縮機設備l設有根據本發(fā)明的用于調節(jié)壓縮機設備l的工作壓力Pw的裝置15，所述裝置15設有與上述空氣進入口 5相連的電動進入閥16和在這種情況下制成排放管18形式的排放機構17，其中所述排放管18連接油分離器IO和進入閥16，且可通過電控排放閥19得到密封。在這種情況下，上述進入閥16制成由步進馬達20驅動的蝶形閥的形式，所述步進馬達20能夠在進入閥16的打開位置與關閉位置之間逐漸增加地設定進入閥16的位置。
已知步進馬達20設有附帶的步進馬達電子卡21，其優(yōu)選地具有微步進程序(modus )。
上述排放閥19在這種情況下被制成電磁閥形式，其可處于關閉位置和打開位置之間的兩個位置上。
根據本發(fā)明，裝置15還包括電子控制單元22，上述用于馬達轉速的控制模塊13、上述進入閥16和排放閥19與電子控制單元22相連以調節(jié)油分離器10中的工作壓力Pw。
另外，與控制單元22相連的還有設在上述油分離器IO上的工作壓力傳感器23、安裝在空氣進入口 5上的入口壓力傳感器24和兩個接近開關25,圖1只示出其中一個接近開關25，且接近開關25可檢測蝶形閥的打開和關閉位置。
最后，在這種情況下，與控制單元22相連的還有控制面板26。
設有根據本發(fā)明的用于調節(jié)壓縮機設備1的工作壓力Pw的裝置15的壓縮機設備1的工作非常簡單且如下所述。
壓縮機設備l具有三種操作狀態(tài)啟動、無負載和加載/卸載。
壓縮機設備1總是在啟動程序下啟動，其中控制單元22命令步進馬達20徹底關閉進入閥16，且因此打開排方文閥19。
接著由上述起動馬達開動熱力馬達4，且通過控制模塊13以最小轉速驅動馬達4。
由于進入閥16徹底關閉，空氣進入口 5處的入口壓力Pi將會非常低，因此，馬達負載將下降，從而使得能夠容易地啟動馬達4。
只要熱力馬達4達到滿轉速，控制單元22就自動地從啟動程序切換到無負載程序。
在無負載程序下，控制單元22將工作壓力Pw的值設成低于最小壓力閥12的打開壓力，使得馬達負載受到限制，馬達4能夠通過這種方式變暖。在無負載程序下，所選擇的工作壓力Pw越低，那么燃料消耗也將越低。
然而，所選擇的工作壓力Pw必須足夠高以便能夠恒定地通過上述噴射管將足夠的油從油分離器10噴入壓縮機元件2，和因此避免壓縮機元件2的壓縮空氣出口 7處的溫度變得過高，因為這樣會加速壓縮才幾油的老4匕。
只要熱力馬達4已足夠暖和，則可例如經由控制面板26將控制單元22從無負載程序切換到加載/卸載程序。
在加載/卸載程序下，控制單元22將工作壓力Pw調節(jié)成高于最小壓力閥12的打開壓力的壓力。
在該加載/卸載程序下，壓縮機設備1可供應壓縮空氣，其中可通過控制面板26將工作壓力Pw的值設成介于最小壓力閥12的打開壓力和壓縮機設備l的標稱工作壓力之間。
在壓縮空氣正被取出時，壓縮機設備1將自動地切換到加載程序。當沒有壓縮空氣正被取出時，壓縮機設備1切換到卸載程序。
如果壓縮空氣的使用者想要壓縮機設備1以比卸載更為經濟的方式工作，則他/她可以通過控制面板26始終將壓縮機設備1設定為無負載程序。
然而，如果壓縮空氣的使用者隨后又想要取出壓縮空氣，則在這種情況下他/她將必須等待略長一段時間，直到工作壓力Pw再次達到高于最小壓力閥12的打開壓力的值。
下面將借助圖2中的技術控制模式圖解釋根據本發(fā)明的裝置15在加載/卸載程序下的工作。
在此模式圖中可清楚地看到，控制單元22為此具有工作壓力控制器27和入口壓力控制器28，它們優(yōu)選制成設有分別用塊29和30表示的PID算法的PID控制器的形式。
上述工作壓力控制器27計算所需工作壓力100和由工作壓力傳感器23測出的工作壓力101之間的差值。
在無負載程序下，所需工作壓力100是控制單元22中的預設值。然而，在加載/卸載程序下，壓縮機設備的操作人員可以通過在含
有用于此目的的算法的選擇塊31中設定選擇參數而在兩種不同的壓力調節(jié)之間自行選擇(例如經由控制面板26)。
第一種可能是能夠通過輸入塊32經控制面板26直接設定所需要的工作壓力100。
所需要的工作壓力100則可以是任何一個介于壓縮機設備1的標稱工作壓力和最小壓力閥12的打開壓力之間的值。
通過選擇塊31進行設定的第二種可能是其中工作壓力Pw通過控制單元22自動地最大化的工作壓力調節(jié)。
在這種情況下，所需工作壓力100的值是壓縮機設備1的輸出流
量Qu的函數。
在這種情況下，輸出流量Qu指流過壓縮空氣管11的空氣質量流量。
在控制單元22中，基于所需輸入流量102和由信號103所代表的
排放閥19的位置，在塊33中計算出與輸出流量Qu有關的信息。在這種情況下，輸入流量指流過壓縮機元件的空氣質量流量。塊33確保工作壓力Pw始終低于油分離器10的設計壓力。在例如由于消耗突然下降而導致輸出流量Qu突然下降的情況
下，工作壓力Pw上出現的"過沖"與輸出流量Qu在消耗突然下降時
刻的體積成比例地增長。
根據本發(fā)明，為了補償這種"過沖"，考慮到之前的狀況，隨著壓
縮機設備1的輸出流量Qu變大，通過控制單元22將所需工作壓力
100設為更低的值。
接著，工作壓力控制器27將PID算法29用于工作壓力的偏差，
即所需工作壓力100與所測工作壓力Pw (對應于信號101)之間的差值。
該算法中的積分器確保在所需工作壓力100與測出的工作壓力101之間不存在靜態(tài)偏差。
最佳的PID因子取決于環(huán)境壓力104，其可以例如通過環(huán)境壓力傳感器(未在圖中示出)測出。
根據本發(fā)明的裝置15的優(yōu)選特性，環(huán)境壓力104的測量不是由大氣傳感器完成，而是在即將啟動熱力馬達4之前由上述的入口絕對壓力傳感器24完成，因為在壓縮機元件2不工作時，入口壓力Pi等于環(huán)境壓力104。
工作壓力控制器27的輸出信號以百分比的形式表示所需輸入流量102。在馬達轉速最大且進入閥16徹底打開時，輸入流量Qi為100%。如果進入閥16關閉且將徹底封閉空氣進入口 ，使得將在壓縮機元件2的空氣進入口 5處形成真空的話，輸入流量Qi將會為0M。
可以通過調節(jié)壓縮機轉速和入口壓力Pi這兩個參數使輸入流量Qi等于所需輸入流量102。
這兩個參數均與壓縮機元件2的輸入流量Qi成正比。
這由下列公式1來表示
輸入流量=Ctex壓縮機轉速x入口壓力。
對壓縮機轉速的調節(jié)對應于對熱力馬達4的轉速的調節(jié)，其中控制模塊13從控制單元22處接收到所需要的馬達轉速值，并將馬達的轉速調整成所需要的轉速。
壓縮機元件2的入口壓力Pi通過設定進入閥16的位置來進行調節(jié)，從而使得在關閉進入閥16時，入口壓力Pi下降。
上述入口壓力控制器28計算在所需要的入口壓力105和實際入口壓力Pi之間的差值，其中實際入口壓力Pi對應于信號106且由入口壓力傳感器24測出。
基于所需要的輸入流量102，根據下列公式2在計算塊34中算出所需要的入口壓力105:
所需要的入口壓力-MIN[Patm; MAX (Pw/壓縮機元件上的最大壓力比)；(所需要的輸入流量/最小馬達轉速)xpatm]。
然后對入口壓力Pi的偏差(即，所需要的入口壓力105與測出的入口壓力106之間的差值)應用上述PID算法30。
入口壓力控制器28的輸出端還形成控制單元22的輸出端35，入口壓力控制器28的輸出信號107通過輸出端35送入步進馬達20的卡21，且信號107決定步進馬達20必須轉動的角速度，而輸出信號107的符號決定所述馬達20的旋轉方向。
為使壓縮機元件2的輸入流量Qi從100%降至0%，出于對效率的考慮，首先使熱力馬達4從其最大轉速變?yōu)樽钚∞D速，其中所述最小轉速通常約為最大轉速的70%。
根據公式1，壓縮機元件2的輸入流量Qi與馬達的轉速成比例地下降。
雖然馬達轉速正得到調節(jié)，但進入閥16仍保持完全打開。只有在熱力馬達4以最小轉速轉動且輸入流量Qi必須進一步減小
時，進入閥16才將會關閉，同時馬達4保持以最小轉速轉動。
從公式1中還能夠得知輸入流量Qi 10與壓縮機元件2的入口
壓力Pi成比例。
在控制單元22中，通過應用公式3在計算塊36中將所需要的輸入流量102轉換成所需要的轉速，其中公式3:
所需要的馬達轉速[%] = Max (最小馬達轉速[%1;所需要的輸入流量[%1 )。
這些百分比的計算必須是分別相對于例如最大轉速、最大輸入流量進行的。
所需要的馬達轉速值108通過控制單元22的輸出端37傳給熱力馬達4的控制模塊13。
應注意實際上并不希望將輸入流量Qi降為0%，因為在這種情況下將會在壓縮機元件2的空氣進入口 5處形成真空，所述真空19理論上會在壓縮機元件2上提供無窮大的壓力比。
壓縮機元件2上的這種壓力比被定義為絕對工作壓力Pw與壓縮機元件2的入口絕對壓力Pi的商。
如果此壓力比過大，所述壓縮機元件2則會受到巨大振動，因而獲得較短的使用年限。
壓縮機元件2上的壓力比也必須具有上限。所允許的壓縮機元件2上的最大壓力比是一個機器常量。只要馬達4還在轉動，那么就始終有某個輸入流量Qi流過油分離器10。
如果沒有壓縮空氣被取出且因此沒有輸出流量Qu的話，上述排放機構17確保從油分離器10再次流入空氣進入口 5的排放流量Qb等于輸入流量Qi，以使油分離器10中的工作壓力Pw不繼續(xù)上升。
據此，所述排放流量Qb是流過排放閥19的空氣質量流量。
在根據本發(fā)明的裝置15的優(yōu)選實施例中(所述裝置15在圖2中示出)，排放流量Qb終止于進入閥16的輸入側，即終止于進入閥16的與空氣過濾器6相連的那側。
由于上述排放機構17的排放閥19只能接合在關閉位置和打開位置之間的兩個位置上，因此，排放流量Qb的調節(jié)可能是不連續(xù)的。
控制單元22優(yōu)選設有存儲器(未在圖中示出)，用于其中存入排放閥19的實際位置。
在圖3中描繪了所述不連續(xù)排氣調節(jié)的原理，其中實線代表輸入流量Qi，水平軸代表輸出流量Qu，且輸入流量Qi為輸出流量Qu的函數。
在該圖中，還用點劃線代表排放流量Qb，用虛線代表最小輸入流量Qi，min，且它們均是壓縮機元件2的輸出流量Qu的函數。
此圖對應于穩(wěn)定狀態(tài)。應注意最小輸入流量Qi，min和排放流量Qb并不是固定值，而是極度依賴于多種因素，諸如壓縮機設備1的類型、工作壓力Pw等。
在穩(wěn)定狀態(tài)下，使用公式4:
輸入流量Qi =輸出流量Qu +排放流量Qb。
在最大輸入流量100%的情況下，排放閥19關閉且因此不存在排放流量Qb，因此根據公式4可知，輸入流量Qi與壓縮機元件2的輸出流量Qu —樣大。
如果壓縮空氣的使用者減小輸出流量Qu，則工作壓力控制器27也將減小輸入流量Qi直至達到最小入口壓力，且由此將達到最小輸入流量Qi，min。
所述最小輸入流量Qi，min是指在最小馬達轉速和壓縮機元件2 上的最大壓力比下達到的輸入流量Qi。 此刻，排放閥19被打開。
因此當所需要的輸入流量Qi小于最小輸入流量Qi，min時，控制 單元將打開電磁閥或使其保持打開。
排放閥19的打開引起油分離器10中的壓力下降，工作壓力控制 器27將對此通過提高輸入流量Qi直至它等于輸出流量Qu與排放流 量Qb的總和作出反應。
在沒有壓縮空氣被取出且因此不存在輸出流量Qu時，排放閥19 被打開。
根據公式4，輸入流量Qi在這種情況下等于排放流量Qb。 在這種情況下，當輸出流量Qu變大由此有更多的壓縮空氣被取
出時，工作壓力控制器27也將提高輸入流量Qi,直至輸入流量Qi
等于最小輸入流量Qi，min與排放流量Qb的總和。 此刻，排》文閥19,皮關閉。
當所需要的輸入流量102因此大于最小輸入流量Qi，min與排放流 量Qb的總和時，控制單元22將關閉所述排放閥19或者使其保持關 閉。
排放管18的關閉會引起油分離器10中的壓力上升，工作壓力控 制器27將對此作出反應，減小輸入流量23 Qi直至它等于輸出流量 Qu。
當所需要的輸入流量102大于最小輸入流量Qi，min且小于最小輸 入流量Qi,min與排放流量Qb之和時，排放閥19的位置將保持不變。
排放閥19的通道寬度的大小必須得到恰當設計，以避免由于尺寸 過小而在壓縮機元件2上的壓力比最大時在測出的工作壓力Pw與所 需要的工作壓力IOO之間形成靜態(tài)偏差。
另一方面，排放閥19的通道寬度也不應過大，因為過大的排放流 量Qb會對壓縮機設備1的效率不利。優(yōu)選地，排放閥19的通道寬度的尺寸被選擇成在無負載的方式下 達到壓縮機元件2上的最大壓力比。
可以基于公式5計算最佳通道寬度
"*五
其中
A二排放閥的最佳通道寬度(m2);
B-壓縮機元件的工作容積(m3/tr);這不是常量，而是受諸如壓 縮機元件的凸形轉子的轉速、工作壓力Pw、入口壓力Pi等多種因素 影響的參數；
C-凸形轉子的最小轉速(tr/s);
D =壓縮機元件2上的最大壓力比；
E-壓縮機元件2的入口處的空氣溫度(K);
F-通道寬度入口處的空氣溫度(K)。
在上述公式5中，參數B和C極度依賴于壓縮機設備1的類型， 因此對于各種壓縮機設備l而言，通道A的最佳寬度是不同的。
對于各種壓縮機設備l，使上述函數最大以由此計算排放閥19的 通道A的最佳寬度，因此在任何一種環(huán)境和機器狀態(tài)下，測出的工作 壓力Pw都不會高于所需要的工作壓力100。
這種"最壞情況"的場景實際并不常見，因此在大多數情形下，排 放閥19的通道A的寬度都被設計得過大。
排放流量Qb與最小輸入流量Qi，min之間的差值被稱作安全系 數，其在"最壞情況"的場景下等于0。
因此，排放閥19的關閉條件變成
所需要的輸入流量〉2x最小輸入流量+安全系數。
用于打開和關閉排放閥19的條件被編程到控制單元中，即被編程 到與工作壓力傳感器23和入口壓力傳感器24相連的計算塊38中，其 中所述傳感器是計算最小輸入流量Qi，min所必須的，且分別代表測出 的工作壓力101和環(huán)境壓力104。
計算塊38的輸出信號103是通過控制單元22的輸出端39打開或關閉排放閥19的信號。
另外，優(yōu)選在計算塊38之前、即在工作壓力控制器27與計算塊 38之間將低通濾波器40設置在控制單元22內，以獲得更穩(wěn)定的控制 系統(tǒng)。
與已知的以氣動方式工作的裝置15—樣，排放閥19的通道寬度 的選擇受到限制，且并不是每個壓縮機設備1都能夠在無負載程序下 達到壓縮才幾元件2上的最大壓力比。
在卸載程序下，維持壓縮機元件2上的最大壓力比，而不管工作 壓力Pw。
例如，如果入口壓力Pi加倍，則輸入流量Qi也將加倍，工作壓
力Pw將繼續(xù)升高直至達到新的穩(wěn)定狀態(tài)。
那么排放流量Qb應與輸入流量Qi—樣大，且它也會加倍。 我們注意到當排放流量Qb加倍時，絕對工作壓力Pw也加倍，
因此由于入口壓力Pi和工作壓力Pw均已加倍，壓縮才幾元件2上的壓
力比保持不變。
由于進入閥16選用蝶形閥，因此與用于傳統(tǒng)氣動控制裝置的活塞 /進入閥相比只需要有限的轉向能力，這是使電傳動器(其在這種情況 下由步進馬達20構成)的成本盡可能低所必需的。
使用這種蝶形閥的另一優(yōu)點是由于它的設計，與通常使用的氣 動控制裝置的活塞/進入閥相比它只具有有限的輸入損失。
因為在這種活塞/進入閥中，空氣在最終到達空氣進入口之前首先 要經過大量轉彎，這會引起相當大的輸入損失。
蝶形閥的另 一優(yōu)點在于它的緊湊性。
操作特性曲線，其通常為進入閥16的操作特性曲線，對控制系統(tǒng) 的動態(tài)特性非常重要，且在圖4中示意性地描繪了這種操作特性。 這種操作特性曲線描繪了進入閥的壓力比，其為進入閥位置的函數。
在此處，進入閥的壓力比指壓縮機元件2的空氣進入口 5處的 進入閥16后面的絕對壓力與進入閥16的輸入側的絕對壓力之比。0。的進入閥位置代表關閉的蝶形閥，90。的進入閥位置代表完全打 開的蝶形閥。
操作特性曲線的形狀(其通常是非線性的)取決于蝶形閥的設計 和尺寸、以及壓縮才幾元件2的體積流量。
蝶形閥直徑和體積流越大，則操作特性曲線的線性度越差。
操作特性曲線示出在圖的右半邊，隨著進入閥位置的下降，入 口壓力Pi只出現很少的減小。
而且在這整個區(qū)域中，進入閥位置的改變對輸入流量Qi的影響很小。
只有在操作特性曲線的左半邊，入口壓力Pi(且因此輸入流量 Qi)才會在進入閥位置被改變時發(fā)生顯著變化。
為了調節(jié)進入閥的位置，在這種情況下使用上述步進馬達20，它 的轉動被上述步進馬達電子卡21強化。
j氐容量控制(low capacity control)信號。
使用這種步進馬達20的優(yōu)點在于這類電動馬達能夠停頓地得到 其最大扭矩，這是必要的，因為通過進入閥16的不對稱氣流會在蝶形 閥的軸上形成負載扭矩。
自然，步進馬達20的保持扭矩必須大于負載扭矩以將蝶形閥保持 在所需要的位置上。
使用這種步進馬達的另一個優(yōu)點是成本價格相對較低。
步進馬達20的特征是步進馬達卡21的全步進程序下的步進角。
在根據本發(fā)明的裝置的優(yōu)選實施例中，步進馬達20每一周走200 步，這相當于步進角為1.8°。
從圖4中的操作特性曲線中可以看出在最嚴重的情形下，1.8。 對應約15%的入口壓力差，這會造成極大的不穩(wěn)定性。
根據本發(fā)明，通過使用具有微步進程序的上述步進馬達電子卡21 來解決這個問題，其中全步進程序的步進角被細分成多個更小的微步 進。例如，當選擇將每個步進角細分成8個微步進時，則得到0.225° 的定位精度。
重新回到圖4的操作特性曲線，這看上去在最嚴重的情形下也只 對應約2%的入口壓力差，這是可接受的。
由于進入閥16的操作特性曲線是非線性的，因此獲得非線性的控 制系統(tǒng)。
因此當對操作特性曲線的左半邊優(yōu)化入口壓力控制器28的增量 K時，在操作特征曲線的右邊部分，步進馬達20的速度將不夠快，這 導致在進行加載與卸載之間的切換時，工作壓力的變化變得不可接受 地大。
反之亦然，如果對操作特性曲線的右半邊優(yōu)化入口壓力控制器28 的增量K,在操作特征曲線的左邊部分，步進馬達的反應會過于劇烈， 從而形成不穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。
為了解決這個問題，入口壓力控制器28設有所謂的"增益進度 表"，其中在進入閥16的位置發(fā)生變化時，用于提供入口壓力控制器 28的PID算法30的成比例作用的增量K也受到調節(jié)。
進入閥位置可例如通過諸如編碼器這樣的位置記錄器來測量。
由于這種編碼器通常相對昂貴，因此本發(fā)明的優(yōu)選特性是使入口 壓力控制器28的增量K的選擇不依賴進入閥16的位置，而是取決于 進入閥16上的壓力比。
從靜態(tài)角度上講，如果已知操作特征曲線，則可以從進入閥的壓 力比推出進入閥16的位置。
然而從動態(tài)角度上看，由于蝶形閥與空氣進入口 5之間具有相對 較小的體積且壓縮機元件2具有相對高的體積流量，因此在進入閥16 的位置和進入閥16上的壓力比之間只存在很小的時間常數。
由于為了檢測壓縮機元件2上的壓力比已經有了入口壓力傳感器 24，因此不需要額外的傳感器來測量入口壓力。
實際上，進入閥16的壓力比的范圍被分為有限個區(qū)間。
在每個區(qū)間內，入口壓力控制器28的增量K都具有一個恒定值，對于各個單獨的區(qū)間，所述定值被計算成乘以恒定值的、操作特征曲 線在所關注的區(qū)間內的平均增量的倒數。
這可以用/>式6來表示
定值Cte，因此被選擇成使入口壓力控制的動態(tài)性能在具有最低增 量K的入口壓力區(qū)間內最優(yōu)。
增量K具有上限，因為否則它會在0°和90°的極限閥位置附近獲 得過大的值。
圖5描繪了"增益進度表"的實例，其中增量K作為橫坐標上的進
標上描繪。 、、 "《 ^
因此，借助"增益進度表，，能夠獲得具有更好動態(tài)品質的更線性的 控制系統(tǒng)。
為使根據本發(fā)明的用于調節(jié)噴油壓縮機設備1的工作壓力Pw的 裝置15具有良好的運轉狀態(tài)，重要的是進入閥16的位置始終要大于 0°且小于90°。
這可以例如通過提供兩個機械止擋件來實現，所述機械止擋件在 閥體緊接極限位置時將其擋住。
然而，使用這種機械止擋件會引發(fā)嚴重的撞擊，這對部件壽命不利。
另 一種可行方式是利用檢測進入閥16的極限閥門位置的傳感器， 所述傳感器在這種情況下是接近開關25。
然后，控制單元22將確保不會引導步進馬達20沿所涉及的極限 閥門位置的方向作進一步運動。
當壓縮機設備1被切斷時，首先要通過控制單元22進行切換使其 在無負載程序下經過預定時間以使熱力馬達4負載最小，而風扇14 保持以最小轉速轉動，且在熱力馬達4實際停止之前，壓縮機設備1 能夠冷卻一些。
本發(fā)明在任何情況下均不限于作為實例給出且在附圖中示出的這些實施例；相反地，根據本發(fā)明的用于調節(jié)噴油壓縮機設備的工作壓 力的這種裝置可被制成各種形狀和尺寸，同時仍然落在本發(fā)明的范圍 內。
權利要求
1. 一種用于調節(jié)噴油壓縮機設備的工作壓力的裝置，所述噴油壓縮機設備設有壓縮機元件(2)，所述壓縮機元件由馬達(4)驅動，所述馬達由控制模塊(13)控制且具有可調節(jié)的轉速，其中所述壓縮機元件(2)設有空氣進入口(5)和壓縮空氣出口(7)，所述壓縮空氣出口(7)與油分離器(10)相連，所述油分離器具有用于供應壓縮氣體的壓縮空氣管(11)，其中所述裝置(15)設有與上述空氣進入口(5)相連的受控制的進入閥(16)和具有排放管(18)的排放機構(17)，所述排放管(18)連接油分離器(10)和進入閥(16)，并且能夠借助于排放閥(19)來封閉，其特征在于所述進入閥(16)、排放閥(19)以及控制模塊(13)都是與用于調節(jié)油分離器(10)中的工作壓力(Pw)的電子控制單元(22)相連的電控部件，其中所述工作壓力(Pw)由工作壓力傳感器(23)測量，所述工作壓力傳感器(23)也與所述電子控制單元(22)相連。
2. 如權利要求l所述的裝置，其特征在于所述進入閥(16)制 成蝶形閥的形式，所述蝶形閥由步進馬達(20)驅動，所述步進馬達(20) 帶有附帶的步進馬達電子卡(21)。
3. 如權利要求2所述的裝置，其特征在于所述步進馬達電子卡(21) 具有微步進程序。
4. 如前述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于所述控制 單元(22)設有工作壓力控制器(27)，所述工作壓力控制器(27)被 制成PID控制器的形式，該PID控制器的輸出信號代表壓縮機元件(2 ) 的所需的輸入流量(102 ),基于所述輸入流量(102 ),通過排放閥(19 ) 調節(jié)馬達轉速、空氣進入口 (5)處的入口壓力(Pi)和排放流量(Qb)。
5. 如權利要求4所述的裝置，其特征在于所述控制單元(22) 還設有制成具有增量(K)的PID控制器的形式的入口壓力控制器 (28)，所述增量(K)是所述進入閥(16)的位置的函數、或者所述 壓縮機元件(2)的空氣進入口 (5)處的進入閥(16)后面的絕對壓力與所述進入閥(16)的輸入側上的絕對壓力之間的關系的函數。
6. 如前述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于上述排放 閥(19)被制成電磁閥的形式，所述電磁閥能夠在處于關閉和打開位 置之間的兩個位置上接合。
7. 如權利要求6所述的裝置，其特征在于所述控制單元(22) 設有存儲器，用于存入電磁岡的實際位置。
8. 如前述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于所述控制 單元(22 )設有包含算法的計算塊(38 ),所述計算塊在所需要的輸入 流量(102)小于最小輸入流量(Qi，min)時打開所述排放閥(19 )或 者使其保持打開，所述最小輸入流量(Qi，mhi)在馬達的最小轉速和 壓縮機元件(2)上的最大壓力比下達到；其中所述控制單元(22)在 所需要的輸入流量(102 )大于最小輸入流量(Qi，min )和排放流量(Qb ) 的總和時關閉所述排放閥(19)或者使所述排放閥(19)保持關閉； 并且在所述最小輸入流量(Qi，min)小于所需要的輸入流量(102), 以及所需要的輸入流量(102)小于最小輸入流量(Qi，min)和排放流 量(Qb)的總和時，控制單元(22)不改變排放閥(19)的位置。
9. 如權利要求5和8所述的裝置，其特征在于在所述控制單元 (22)中，在所述工作壓力控制器(27)與所述計算塊(38)之間設有 低通濾波器(40)。
10. 如前述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于所述控 制單元(22)設有包含算法的選擇塊(31)，所述選擇塊使得能夠在第 一選擇位置上直接調節(jié)工作壓力(Pw),以及在第二選擇位置上實施 工作壓力的自動調節(jié)，其中所述工作壓力(Pw)被自動最大化至介于 壓縮機設備(1)的標稱工作壓力和設計壓力之間的工作壓力(Pw)， 并且還確保在從加載的壓縮機設備(1)過渡到卸載的壓縮機設備(1) 的情況下，工作壓力(Pw)的峰值始終處于壓縮機設備(1)的設計 壓力之下。
11. 如前述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于該裝置 設有控制面板(26 )，所述控制面板(26 )使得能夠在所述控制單元(22 )中調節(jié)所需要的工作壓力。
12. 如前述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于該裝置 設有用于在所述控制單元(22)中調節(jié)工作壓力的遠程控制器。
13. 如權利要求4所述的裝置，其特征在于所述工作壓力控制 器(27)設有算法，所述算法將所述工作壓力控制器(27)的PID因 子調整為環(huán)境壓力(Patm)。
14. 如前述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于所述控 制單元(22)設有啟動程序，其中所述進入閥(16)被完全關閉，所 述排放閥(19)被打開，然后僅所述馬達(4)被啟動，并且一旦所述 馬達(4)達到其完全轉速，所述控制單元(22)自動地從啟動程序切 換到無負載程序，其中所述工作壓力(Pw)通過所述控制單元(22) 被調整成低于所述最小壓力閥(12)的所述打開壓力的值。
15. 如前述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于在所述 進入閥(16 )上設有接近開關(25 )，所述接近開關檢測所述進入閥(16 ) 內的閥體接近極限位置的時間，并將該時間傳給所述控制單元(22)。
全文摘要
用于調節(jié)噴油壓縮機設備的工作壓力的裝置，所述壓縮機設備具有壓縮機元件(2)，所述壓縮機元件(2)由具有可調轉速和控制模塊(13)的馬達(4)驅動，其中裝置(15)設有與空氣進入口(5)相連的受控制的進入閥(16)和可由排放閥(19)封閉的排放機構(17)，其特征在于上述進入閥(16)、排放閥(19)和控制模塊(13)都為與用于調節(jié)工作壓力(Pw)的電子控制單元(22)相連的電控部件，其中所述工作壓力(Pw)由工作壓力傳感器(23)測量。
文檔編號F04C28/08GK101466952SQ200780021372
公開日2009年6月24日 申請日期2007年3月21日 優(yōu)先權日2006年6月9日
發(fā)明者I·丹尼爾斯, P·范登韋恩加特 申請人:艾拉斯科普庫空氣動力股份有限公司