專利名稱：壓縮機(jī)的效率監(jiān)控的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)控至少兩級的壓縮機(jī)在壓縮過程介質(zhì)時(shí)的效率的方法， 其中作為參數(shù)確定
-通過壓縮機(jī)的流量，
-吸入的過程介質(zhì)的進(jìn)入壓力，
-壓縮的過程介質(zhì)的排出壓力，
-吸入的過程介質(zhì)的進(jìn)入溫度，
-壓縮的過程介質(zhì)的排出溫度
并且借助于計(jì)算裝置由所述參數(shù)計(jì)算出功率系數(shù)。
背景技術(shù)：
在運(yùn)轉(zhuǎn)工作中的渦輪壓縮機(jī)的監(jiān)控目前基本上包括這些參量軸振動(dòng)和位置， 軸承溫度和其它的參量，其中由單個(gè)的測量可以推斷出部件或者設(shè)備零件的狀態(tài)。關(guān)于 壓縮機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，對壓縮過程以什么效率進(jìn)行特別有意義。為了求出這個(gè)效率，需 要多個(gè)測量，它們的信號互相計(jì)算。計(jì)算的結(jié)果是壓縮機(jī)的效率的尺度(例如多變的 (polytrop)或者等熵的效率)。此外足夠精確的效率確定還允許推斷壓縮機(jī)的技術(shù)狀態(tài)以 及它是否必須校正。
在EP 1 488 259 Bl中已經(jīng)描述了一種跟蹤工業(yè)裝置的功率的實(shí)驗(yàn)，其中利用通 過壓縮機(jī)的氣體流量、進(jìn)入的氣體的壓力和排出的氣體的壓力以及從中間冷卻裝置中出 來的冷卻劑的溫度來確定功率系數(shù)。接著該功率系數(shù)被用于計(jì)算估算的效率。此外由US 2006/0155514A1已知確定壓縮機(jī)的功率，其措施是測量工作參數(shù)并且進(jìn)行基于能量消耗 的估算，其中該估算與由理論的模型得出的結(jié)果比較并且由此推斷設(shè)備狀態(tài)。上述兩個(gè) 方法僅分別允許效率損失的粗略估算，因?yàn)楣浪愕木忍貏e是由于工作參數(shù)的多維性而 強(qiáng)烈受限。
總體而言效率損失的確定特別因此比較有問題，因?yàn)樾适冀K是工作點(diǎn)的函 數(shù)，它通過多維的參數(shù)族的多個(gè)影響參量確定并且變化必須始終涉及相同的工作條件， 以能夠在需要的精度下做結(jié)論。發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務(wù)是，壓縮機(jī)、特別是渦輪壓縮機(jī)的效率要這樣精確地確定， 即在運(yùn)行時(shí)可以獲得關(guān)于絕對的設(shè)備效率損失的結(jié)論。
為了解決根據(jù)本發(fā)明的任務(wù)建議了一種具有在權(quán)利要求1中舉出的特征的方 法。分別涉及的從屬權(quán)利要求包含本發(fā)明有利的改進(jìn)方案。
在每個(gè)單個(gè)的級的入口和出口處測量壓力和溫度可以實(shí)現(xiàn)求出級效率，即使在 級之間設(shè)有中間冷卻裝置時(shí)也一樣。相對現(xiàn)有技術(shù)，借助于本發(fā)明可以獲得效率描述的 級準(zhǔn)確的表示，并且考慮了在每個(gè)單個(gè)的級中的吸入溫度或者進(jìn)入溫度的影響。
如果在后面也經(jīng)常借助于附圖標(biāo)記指示效率，但該效率不局限于多變的效率， 而是它可以是各種效率形式，只要沒有明確規(guī)定的限制。
壓縮機(jī)可以在根據(jù)本發(fā)明的方法中具有幾乎每個(gè)任意的級數(shù)。實(shí)際上的布置大 多具有直到8級的級數(shù)。
特別是中間冷卻裝置的冷卻劑的溫度，如在現(xiàn)有技術(shù)中一樣，不能在接下來的 級中的進(jìn)入溫度上帶來足夠精確的認(rèn)識(shí)，但能推斷效率變化。
如果根據(jù)本發(fā)明的方法在兩個(gè)級之間沒有給出中間冷卻裝置，從從上游的級中 出來的排出溫度等于進(jìn)入下游的級的進(jìn)入溫度。
必要時(shí)可以在第一級中取消進(jìn)入壓力的測量，如果它等于環(huán)境壓力的話。相應(yīng) 地在第一級中的進(jìn)入壓力測量的位置處進(jìn)行環(huán)境壓力的測量。
優(yōu)選模塊作為程序部分存在于計(jì)算機(jī)中，該計(jì)算機(jī)或者直接從機(jī)器控制器或者 壓縮機(jī)調(diào)節(jié)器調(diào)用必要的數(shù)據(jù)，或者具有自身的用于測量參量的輸入通道，或者調(diào)用儲(chǔ) 存的測量數(shù)據(jù)。
有利地可以確定氣體成分作為用于模塊計(jì)算的輸入?yún)⒘浚貏e是如果它是變化 的。為此可以設(shè)置手動(dòng)的輸入，不過優(yōu)選通過連續(xù)的氣體分析進(jìn)行自動(dòng)的檢測。識(shí)別出 吸入的空氣的空氣濕度(相對的或者絕對的)特別是對空氣壓縮機(jī)可能是有利的，以改善 計(jì)算的精度。
如果將回冷溫度視為恒定的，例如因?yàn)樵O(shè)有回冷溫度調(diào)節(jié)器，例如以冷卻水量 調(diào)節(jié)器或者可調(diào)的空氣冷卻器的方式，盡管變化的進(jìn)入溫度，它始終保證從中間冷卻裝 置中出來的相同的排出溫度，于是就可以例外地在中間冷卻裝置后面取消進(jìn)入級中的進(jìn) 入溫度的直接測量。這種情況對應(yīng)進(jìn)入溫度的間接測量，因?yàn)閷τ谶@種準(zhǔn)確的回冷溫度 調(diào)節(jié)需要在中間冷卻裝置中的溫度測量。
在假設(shè)理想氣體的情況下可以通過公式 1 ζ_ _ ρ ^pol 一一 _ν KTIn^TIn凡Pe
確定級的多變的效率。在此ηρ()1是級η的多變的效率，ν是多變比值，^是在 相應(yīng)的壓力和溫度范圍上平均的比熱容，R是理想的氣體常數(shù)，U是排出溫度，U是進(jìn) 入溫度，Pa是排出壓力并且Pe是進(jìn)入壓力，所有的參數(shù)都涉及相應(yīng)的級η。
為了更高的精度，級效率可以由用于確定多變比值ν的在入口和出口狀態(tài)之間 的過程氣體的實(shí)際氣體狀態(tài)方程的數(shù)值積分實(shí)現(xiàn)。此外等熵的或者等溫的效率的求出也 是可以的。
優(yōu)選求出的級效率形成與參考級效率的數(shù)值的比值并且將結(jié)果顯示在顯示單元 上。這個(gè)比值例如可以是除法結(jié)果或者作為效率損失的百分比計(jì)算出或者簡單地作為 差。在超出這個(gè)比值的確定的極限值的情況下，可以對操縱人員發(fā)出單獨(dú)的自動(dòng)的指 示，例如作為可視的或者聲音的警報(bào)。
本發(fā)明的一種有利的改進(jìn)方案規(guī)定，在存儲(chǔ)器中為每個(gè)級儲(chǔ)存參考級特性曲線族，由該特性曲線族，計(jì)算單元分別由所述測量參數(shù)求出參考級效率，并且為了構(gòu)成比5值，將其與所述效率數(shù)值地比較，如前面說明的那樣。因?yàn)閰⒖技壧匦郧€族的完全理 論的求出對根據(jù)本發(fā)明的任務(wù)提出按照應(yīng)用可能太不精確了，本發(fā)明此外建議，參考級 特性曲線族在校準(zhǔn)運(yùn)行(Abgleichslauf)期間確定，此時(shí)在壓縮機(jī)的不同的導(dǎo)向葉片位置 和/或轉(zhuǎn)速下，壓力側(cè)的節(jié)流閥從完全打開出發(fā)逐步地或者連續(xù)地關(guān)閉，直到達(dá)到泵極 限。這個(gè)連續(xù)的或者點(diǎn)式測量的結(jié)果作為參考級特性曲線族點(diǎn)儲(chǔ)存到存儲(chǔ)器中。為了從 點(diǎn)式測量達(dá)到連續(xù)的特性曲線族，可以在單個(gè)的測量點(diǎn)之間進(jìn)行內(nèi)插法以求出中間值， 并且進(jìn)行外推法以求出其它的值。替代地可以將提供的理論模型的參數(shù)匹配于測量值， 這樣相應(yīng)匹配的理論模型提供足夠精確的參考數(shù)據(jù)，用于根據(jù)本發(fā)明地分析由所述測量 參數(shù)求出的效率。


接下來本發(fā)明參考用于借助實(shí)施例闡明的附圖詳細(xì)說明。對于專業(yè)人員可以由 本發(fā)明得出除了這個(gè)特殊的實(shí)施例之外的其它的轉(zhuǎn)換可能性。圖中示出
圖1是按照根據(jù)本發(fā)明的測量的示意圖，
圖2是參考級特性曲線族的求出的示意圖，
圖3是參考級特性曲線族的示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1示意示出了壓縮機(jī)1，在該壓縮機(jī)上要應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的用于監(jiān)控效率的方 法。在壓縮機(jī)1中質(zhì)量流(測量作為A)作為進(jìn)入質(zhì)量流2進(jìn)入并且作為排出質(zhì)量流3 排出。壓縮機(jī)1具有四個(gè)級4、5、6、7 (從左向右相應(yīng)地第一級4至第四級7)，進(jìn)入質(zhì) 量流2流過它們，其中在級之間分別設(shè)有中間冷卻裝置8、9、10(編號方式做必要的修 正)。
在進(jìn)入每個(gè)級4、5、6、7之前以及在從每個(gè)級4、5、6、7排出之后分別借助于 壓力測量點(diǎn)PT測量壓力，并且借助于溫度測量點(diǎn)TT測量溫度。因?yàn)槌诵〉暮涂衫斫?的在中間冷卻裝置8、9、10中的壓力損失之外，在中間冷卻裝置8、9、10之前的壓力和 在中間冷卻裝置8、9、10之后的壓力是相同的，在相應(yīng)的級4、5、6、7之后的壓力測量 與在接下來的級5、6、7之前的壓力測量在壓力測量點(diǎn)PT處合并。
第一級4和第三級6設(shè)有可調(diào)整的進(jìn)入導(dǎo)流柵11、12，它們的位置借助于各一 個(gè)位置傳感器ZT求出。在壓縮機(jī)1的入口處，與排出質(zhì)量流3相同的進(jìn)入質(zhì)量流2借助 于質(zhì)量流測量裝置FT測量并且作為測量值配屬有參數(shù)A。每個(gè)級配屬有一個(gè)模塊C421、 C422、C423、C424，它進(jìn)行級單獨(dú)的計(jì)算。單個(gè)的模塊C421至C4M構(gòu)造成軟件程序 并且在計(jì)算機(jī)13上執(zhí)行。
連續(xù)的氣體分析單元CGA持續(xù)地分析進(jìn)入質(zhì)量流2并且將測量的氣體成分C20傳 遞到第一模塊C421。當(dāng)進(jìn)入質(zhì)量流的成分是變化的時(shí)候，這個(gè)氣體分析單元特別是有意義 的可選裝備。在這種情況下也可以循環(huán)地進(jìn)行測量。第一模塊由質(zhì)量流測量裝置FT和氣 體成分C20確定物質(zhì)流量或者質(zhì)量流A并且將這個(gè)參數(shù)傳遞到其它的模塊C422至C424。 其中每個(gè)單個(gè)的模塊C421至C424由級進(jìn)入溫度Tb η(級η的進(jìn)入溫度)、級排出溫度辦 η、級進(jìn)入壓力:Pen、級排出壓力Paη以及氣體成分C20求出多變的效率ηρ。1η。這個(gè)多變的效率ηρ-對每個(gè)級4、5、6、7顯示在顯示單元15上。在接近理想的狀態(tài)下該計(jì)算按照 下面的公式進(jìn)行
權(quán)利要求
1.用于監(jiān)控至少兩級的壓縮機(jī)(1)在壓縮過程介質(zhì)時(shí)的效率(η-η)的方法，其中作 為參數(shù)確定-通過壓縮機(jī)(1)的流量，-吸入的過程介質(zhì)的進(jìn)入壓力(Pe n)，-壓縮的過程介質(zhì)的排出壓力(Pan)，-吸入的過程介質(zhì)的進(jìn)入溫度(Te n)，-壓縮的過程介質(zhì)的排出溫度(Tan)，并且借助于計(jì)算裝置由所述參數(shù)計(jì)算出功率系數(shù)，其特征在于，-在每個(gè)級(4、5、6、7)的入口處直接或間接地作為測量參數(shù)測量級進(jìn)入溫度(Ten) 和級進(jìn)入壓力(Pen)，_在每個(gè)級的出口處直接或間接地作為測量參數(shù)測量級排出溫度(Tan)和級排出壓力 (Pan)，_每個(gè)級(4、5、6、7)配屬有模塊(C421至C424)，所述模塊借助于所述計(jì)算裝置 作為功率系數(shù)由所述測量參數(shù)計(jì)算出級效率(ηρ。1η)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中只有一個(gè)模塊(C421)由至少一個(gè)測量進(jìn)行流量 計(jì)算(質(zhì)量流(Α))，并且將確定的流量傳送到其它的模塊(C422至C424)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述模塊(C421至C424)構(gòu)造成軟件程 序，其在借助于計(jì)算機(jī)(13)執(zhí)行時(shí)由所述測量參數(shù)確定相應(yīng)的級(4、5、6、7)的級效率(rLpoln)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其中模塊(C421至C424)具有自身的 用于測量參數(shù)的輸入通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中至少一項(xiàng)所述的方法，其中所述測量參數(shù)首先儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器 (MEM)中，并且所述模塊(C421至C424)從所述存儲(chǔ)器調(diào)用所述測量參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中至少一項(xiàng)所述的方法，其中所述模塊(C421至C424)直接 從機(jī)器控制器或者壓縮機(jī)調(diào)節(jié)器中調(diào)用所述測量參數(shù)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其中級效率ηρ。1η作為多變的級效率 (Jlpoln)確定。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求7所述的方法，其中級效率ηρ。1η作為 T 計(jì)算。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其中級效率(ηρ。1η)由在入口和出口處 的測量參數(shù)之間的實(shí)際氣體狀態(tài)方程的數(shù)值積分來確定。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其中在存儲(chǔ)器(NEM)中為每個(gè)級 (4、5、6、7)儲(chǔ)存參考級特性曲線族(Refn)，計(jì)算單元由所述參考級特性曲線族從所述 測量參數(shù)求出參考級效率(Hpdnref)并且將該參考級效率與所述效率np。lnB成數(shù)值的比值(17)，其中該比值(17)顯示在顯示單元(15)上。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其中壓縮機(jī)(1)構(gòu)造成渦輪壓縮機(jī)。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其中在壓縮機(jī)(1)的單個(gè)的級(4、 5、6、7)之間設(shè)有中間冷卻裝置(8、9、10)。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的方法，其中過程介質(zhì)的成分(C20)自動(dòng)借助 于連續(xù)的氣體分析CGA檢測，并且是用于計(jì)算級效率(ηρ。1η)的輸入?yún)⒘俊?br> 14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中參考級特性曲線族(Refn)在校準(zhǔn)運(yùn)行期間確 定，在此在至少一個(gè)進(jìn)入導(dǎo)流柵(11、12)的不同的導(dǎo)向葉片位置和/或壓縮機(jī)(1)的轉(zhuǎn) 子的不同的轉(zhuǎn)速(η)的情況下，將壓力側(cè)的節(jié)流閥(轉(zhuǎn)換閥FV01)從完全打開位置逐步地 或者連續(xù)地關(guān)閉，直到達(dá)到了泵極限(SL)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)控壓縮機(jī)(1)的效率(ηpol n)的方法，其中確定過程介質(zhì)的流量、進(jìn)入壓力(Pe n)、排出壓力(Pa n)、進(jìn)入溫度(Te n)、排出溫度(Ta n)并且求出功率系數(shù)。為了改善精度提出a)在每個(gè)級(4、5、6、7)的入口處直接或間接地作為測量參數(shù)測量級進(jìn)入溫度(Ten)和級進(jìn)入壓力(Pen)；b)在每個(gè)級的出口處直接或間接地作為測量參數(shù)測量級排出溫度(Tan)和級排出壓力(Pan)；每個(gè)級(4、5、6、7)配屬有模塊(C421至C424)，所述模塊借助于所述計(jì)算裝置作為功率系數(shù)由所述測量參數(shù)計(jì)算出級效率(ηpol n)。
文檔編號G01M15/14GK102027348SQ200980115243
公開日2011年4月20日 申請日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月28日
發(fā)明者A·尼澤, G·溫克斯 申請人:西門子公司