流體壓縮機控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及的流體壓縮機控制系統(tǒng)包括：具備進(jìn)口和出口而壓縮流體的流體壓縮機；驅(qū)動流體壓縮機的驅(qū)動電機；調(diào)節(jié)流體壓縮機進(jìn)口開口面積的翼部；發(fā)生用于控制由出口排出的流體的排出壓力的第一控制信號的第一控制部；發(fā)生用于使驅(qū)動電機保持額定電流的第二控制信號的第二控制部；發(fā)生用于控制流入到進(jìn)口的流體的進(jìn)口壓力的第三控制信號的第三控制部；以及接收第一控制信號和第二控制信號以及第三控制信號，并向翼部施加驅(qū)動信號而控制翼部的翼控制部。
【專利說明】流體壓縮機控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及流體壓縮機控制系統(tǒng)，更具體地講，涉及預(yù)防流體壓縮機進(jìn)口流量過度消耗的現(xiàn)象，以穩(wěn)定有效地控制流體壓縮機的流體壓縮機控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]控制液體或氣體等流體的流體控制系統(tǒng)一般使用壓縮流體的壓縮機。氮氣壓縮機(N2booster)等流體壓縮機是執(zhí)行接收高壓氮氣而對其用高壓壓縮的功能的裝置。一般而言，氮氣壓縮機供給高壓氮氣作為煉鋼廠煉鐵、連鑄工藝上用于防止再氧化、煉鋼鐵水循環(huán)用流體，或者水冷式冷卻較難的設(shè)備的冷卻用流體或凈化用氣體。
[0003]氮氣壓縮機的前端與空氣分離工藝連接，后端與如煉鐵廠使用氮氣的工藝連接，故控制氣氣壓縮機的控制系統(tǒng)可確保如端工藝和后端工藝的穩(wěn)定性和效率。
[0004]如日本公開專利公報1997-68005的傳統(tǒng)的壓縮機控制系統(tǒng)，檢測壓縮機的出口壓力而控制進(jìn)口導(dǎo)向翼的開度，但對于壓縮機的進(jìn)口壓力或驅(qū)動壓力機的驅(qū)動電機電流不實施其它控制。在所述傳統(tǒng)的壓縮機控制系統(tǒng)，如果供應(yīng)到壓縮機的氮氣流量不足而造成供壓低于壓縮機的設(shè)計壓力，則壓縮機的排出壓力也無法達(dá)到設(shè)定值。在此狀況下，為了使排出壓力上升，再開放進(jìn)口導(dǎo)向翼，進(jìn)口導(dǎo)向翼進(jìn)一步開放，使流入到壓縮機進(jìn)口的氮氣流量增加。壓縮機流入的氮氣流量增加，使流入到壓縮機的氮氣壓力下降而重新阻礙壓縮機的排出壓力上升。
[0005]由于這些惡性循環(huán)，在傳統(tǒng)的壓縮機控制系統(tǒng)中即使把進(jìn)口導(dǎo)向翼完全開放，壓縮機的排出壓力仍然達(dá)不到設(shè)定值，而且壓縮機在壓縮機的進(jìn)口壓力低于設(shè)計值的狀態(tài)下運行。壓縮機的進(jìn)口壓力下降，會影響到壓縮機的前端空氣分離工藝而使生產(chǎn)的氮氣純度也降低。而且，壓縮機的后端壓力也不能保持在設(shè)定值，因而需求升壓的氮氣的后端工藝也無法正常運行。
[0006]如果在氮氣壓縮機的進(jìn)口側(cè)和出口則分別安裝流量計，可以防止壓縮機消耗流量過多而氮氣壓縮機制進(jìn)口壓力過分下降的問題。但通過以上方法以后，如果供應(yīng)到壓縮機的進(jìn)口的氮氣流量仍然不足，則會發(fā)生繼續(xù)開放進(jìn)口導(dǎo)向翼而壓縮機的排出壓力無法增加的惡性循環(huán)。而且壓縮機的進(jìn)口側(cè)配管壓力比出口相對低而配管的大小增加，因此如在進(jìn)口側(cè)的配管上安裝流量計，則配管進(jìn)口大而造成流量計的價格增加的問題。
[0007]對于這樣的問題，可以由系統(tǒng)操作者來下調(diào)壓縮機的可控制流量的設(shè)定值，但無法立即應(yīng)對氮氣壓縮機和前后端的工藝突然發(fā)生變化而流入到氮氣壓縮機進(jìn)口的氮氣流量減少的事故。
[0008]【先有技術(shù)文獻(xiàn)】
[0009]【專利文獻(xiàn)】
[0010]日本公開專利公報1997-68005 號(1997.3.11.)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]【技術(shù)問題】
[0012]本發(fā)明實施例的目的在于提供一種可防止流體壓縮機的入口流量消耗過大的現(xiàn)象而穩(wěn)定有效地控制流體壓縮機的流體壓縮機控制系統(tǒng)。
[0013]本發(fā)明實施例的另一目的在于在流入到流體壓縮機進(jìn)口的流體流量減少的情況下也使進(jìn)口壓力保持在預(yù)定壓力以上，以確保流體壓縮機的運行以及與流體壓縮機前端和后端連接的工藝穩(wěn)定性。
[0014]【技術(shù)方案】
[0015]本發(fā)明一個實施例的流體壓縮機控制系統(tǒng)包括:具備用于輸入流體的進(jìn)口和用于排出壓縮流體的出口而壓縮流體的流體壓縮機；驅(qū)動流體壓縮機的驅(qū)動電機；安裝在流體壓縮機的進(jìn)口，且受到由外部施加的信號的控制而調(diào)節(jié)進(jìn)口開口面積的翼部；發(fā)生用于控制由流體壓縮機的出口排出的流體的排出壓力的第一控制信號的第一控制部；發(fā)生可以用于使驅(qū)動電機保持額定電流的第二控制信號的第二控制部；發(fā)生用于控制流入到流體壓縮機的進(jìn)口的流體的進(jìn)口壓力實施控制的第三控制信號的第三控制部；以及接收第一控制信號和第二控制信號以及第三控制信號，并向翼部施加驅(qū)動信號而控制翼部的翼控制部。
[0016]還可包括檢測由流體壓縮機的出口排出的流體的排出壓力的出口壓力檢測部；第一控制部可是基于由所述出口壓力檢測部檢測的排出壓力發(fā)生第一控制信號的PID控制器。
[0017]還可包括檢測驅(qū)動電機的電流的電流檢測部；第二控制部可是基于由所述電流檢測部檢測的電流發(fā)生所述第二控制信號的PID控制器。
[0018]還可包括檢測流入到流體壓縮機的進(jìn)口的流體的進(jìn)口壓力的進(jìn)口壓力檢測部；第三控制部可是基于由進(jìn)口壓力檢測部檢測的進(jìn)口壓力發(fā)生第三控制信號的PID控制器。
[0019]翼控制部從第一控制信號和第二控制信號以及第三控制信號中可選擇某一個作為向翼部施加的驅(qū)動信號，以使進(jìn)口的所述開口面積最小化。
[0020]第三控制部可發(fā)生第三控制信號而使流體壓縮機的進(jìn)口流體壓力保持預(yù)定壓力以上。
[0021]【有益效果】
[0022]根據(jù)本發(fā)明實施例的流體壓縮機控制系統(tǒng)，其有益效果是，可將進(jìn)口壓力和出口壓力乃至流體壓縮機的驅(qū)動電機電流全部考慮在內(nèi)來調(diào)節(jié)流體壓縮機的開口面積，從而可預(yù)防流體壓縮機的進(jìn)口流量消耗過多的現(xiàn)象而有效控制流體壓縮機。
[0023]即使流入到流體壓縮機進(jìn)口的流體流量減少，但進(jìn)口壓力仍然保持在預(yù)定壓力以上水平，從而確保流體壓縮機運行以及與流體壓縮機前端和后端連接的工藝穩(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是概略圖示本發(fā)明一個實施例的流體壓縮機控制系統(tǒng)構(gòu)件之間結(jié)合關(guān)系的框圖；
[0025]圖2是顯示利用圖1的流體壓縮機控制系統(tǒng)的流體壓縮機流量與壓力比的曲線；
[0026]圖3是顯示圖1的流體壓縮機控制系統(tǒng)的驅(qū)動電機電流和IGV開度之間關(guān)系的圖表;
[0027]圖4是顯示圖1的流體壓縮機控制系統(tǒng)的流體壓縮機排出壓力和IGV開度之間關(guān)系的圖表；
[0028]圖5是概略顯示圖1的流體壓縮控制系統(tǒng)的流體壓縮機入口壓力和IGV開度之間關(guān)系的圖表。

【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖中的實施例，對實施例的流體壓縮機控制系統(tǒng)的組成和作用詳細(xì)進(jìn)行說明。說明中使用的“以及/或”表示相關(guān)要素的一個或要素的組合。
[0030]圖1是概略圖示本發(fā)明一個實施例的流體壓縮機控制系統(tǒng)構(gòu)件之間結(jié)合關(guān)系的框圖。
[0031]圖1上顯示的實施例的流體壓縮機控制系統(tǒng)包括:具備進(jìn)口 11和出口 12而壓縮流體的流體壓縮機10 ;驅(qū)動流體壓縮機10的驅(qū)動電機20 ;調(diào)節(jié)流體壓縮機10的進(jìn)口 11開口面積的翼部30 ;控制流體壓縮機10排出壓力的第一控制部40 ;保持驅(qū)動電機20額定電流的第二控制部50 ;控制流體壓縮機10進(jìn)口壓力的第三控制部60 ;控制翼部30的翼控制部70。
[0032]圖1中顯示的實施例的流體壓縮機控制系統(tǒng)可以以壓縮氮氣的氮氣壓縮機(N2booster)為例。流體壓縮機10具備流體被輸入的進(jìn)口 11和排出被壓縮流體的出口 12。流體壓縮機10的進(jìn)口 11輸入由供應(yīng)源供應(yīng)的相應(yīng)供應(yīng)流量的氮氣，流體壓縮機10壓縮的氮氣通過出口 12排出后以輸出流量傳到下一個工藝。
[0033]流體壓縮機10被通過由外部傳送的電信號而運行的驅(qū)動電機20驅(qū)動。圖1中向驅(qū)動電機20施加電信號以控制驅(qū)動電機20的電機控制部是為圖示便利進(jìn)行省略。
[0034]流體壓縮機10的進(jìn)口 11設(shè)置有翼部30。翼部30受到由外部施加的信號的控制，實施對進(jìn)口 11的開口面積進(jìn)行調(diào)節(jié)的功能。翼部30可以以進(jìn)口導(dǎo)葉(inlet guide vane ；IGV)或進(jìn)口蝶形導(dǎo)葉(inlet butterfly vane ；IBV)實現(xiàn)。
[0035]翼部30被翼驅(qū)動部35驅(qū)動而調(diào)節(jié)進(jìn)口 11的開口面積。翼驅(qū)動部35根據(jù)由翼控制部70施加的驅(qū)動信號PO運行而驅(qū)動翼部30。
[0036]翼控制部70電連接于第一控制部40、第二控制部50以及第三控制部60，接收第一控制部40的第一控制信號S1、第二控制部50的第二控制信號S2以及第三控制部60的第三控制信號S3。翼控制部70基于接收的控制信號S1、S2、S3向翼部30的翼驅(qū)動部35傳送可控制翼部30的驅(qū)動信號PO。
[0037]第一控制部40發(fā)生用于控制從流體壓縮機10的出口 12排出的流體的排出壓力的第一控制信號SI。第二控制部50發(fā)生用于使驅(qū)動電機20保持額定電流的第二控制信號S2。第三控制部60發(fā)生用于控制流入到流體壓縮機10進(jìn)口 11的流體的進(jìn)口壓力的第三控制信號S3。
[0038]第一控制部40和第二控制部50以及第三控制部60可以分別用比例-積分-微分控制器(PID控制器)實現(xiàn)。但實施例并不限于上述的控制器的實現(xiàn)方式，第一控制部40和第二控制部50以及第三控制部60可以分別用比例-微分控制部(H)控制器)、比例-積分控制器(PI控制器)等多種形態(tài)控制器實現(xiàn)。
[0039]流體壓縮機10的出口 12連接有檢測由流體壓縮機10排出的流體的排出壓力的出口壓力檢測部41。第一控制部40基于由出口壓力檢測部41檢測的排出壓力發(fā)生第一控制信號Si。
[0040]流體壓縮控制系統(tǒng)可以具備檢測驅(qū)動電機20的電流的電流檢測部51。第二控制部50基于通過電流檢測部51檢測的驅(qū)動電機20的電流發(fā)生第二控制信號S2。
[0041]流體壓縮機10的進(jìn)口連接有檢測流入到進(jìn)口 11的流體的進(jìn)口壓力的進(jìn)口壓力檢測部61。第三控制部60基于由進(jìn)口壓力檢測部61檢測的進(jìn)口壓力發(fā)生第三控制信號S3。
[0042]翼控制部70可以從第一控制信號SI和第二控制信號S2以及第三控制信號S3中選擇某一個作為向翼部30施加的驅(qū)動信號PO，以實現(xiàn)流體壓縮機10進(jìn)口 11的開口面積最小化。
[0043]流體壓縮機10的出口 12可以通過具備防喘振閥80 (ant1-surge valve)的回歸線81連接于流體壓縮機10的進(jìn)口 11。
[0044]圖2是顯示利用圖1的流體壓縮機控制系統(tǒng)的流體壓縮機10流量與壓力比的曲線。圖2是顯示具備以IGV實現(xiàn)的翼部30的流體壓縮機10流量與壓力比變化的曲線。
[0045]假如流體壓縮機的當(dāng)前運行點在So，并增加IGV開口率，使流體壓縮機的流量增力口，則流體壓縮機的運行點可能沿著以Tl箭頭表示的線移動。但在對流體壓縮機的進(jìn)口流量變動無法有效應(yīng)對的傳統(tǒng)的流體壓縮機控制系統(tǒng)，流體壓縮機的實際運行點沿著以T2箭頭表示的線移動。
[0046]所述現(xiàn)象是，在供應(yīng)到流體壓縮機的流體流量不足，從而供應(yīng)到流體壓縮機的流體供壓低于設(shè)計壓力，由此造成壓縮機的排出壓力也達(dá)不到控制目標(biāo)值的情況下發(fā)生。
[0047]在所述狀況下，如果為了增加流體壓縮機的排出壓力而增加IGV開度(進(jìn)口的開口面積)，則流入到流體壓縮機進(jìn)口的流體流量增加，但流體壓縮機進(jìn)口的進(jìn)口壓力減少而阻礙排出壓力上升。
[0048]由于這些惡性循性，即使將IGV開度增加到100%，但流體壓縮機的排出壓力仍然達(dá)不到控制目標(biāo)值，而且流體壓縮機在進(jìn)口壓力低于設(shè)計點的狀態(tài)下運行。
[0049]在圖1中顯示的實施例的流體壓縮機控制系統(tǒng)，將流體壓縮機10的進(jìn)口壓力和出口壓力乃至流體壓縮機10的驅(qū)動電機20電流均考慮在內(nèi)的前提下調(diào)節(jié)流體壓縮機10的開口面積，進(jìn)而可有效控制流體壓縮機10。
[0050]圖3是顯示圖1的流體壓縮機控制系統(tǒng)的驅(qū)動電機20電流和IGV開度之間關(guān)系的圖表，圖4是顯示圖1的流體壓縮機控制系統(tǒng)的流體壓縮機10排出壓力和IGV開度之間關(guān)系的圖表，圖5是概略顯示圖1的流體壓縮控制系統(tǒng)的流體壓縮機10入口壓力和IGV開度之間關(guān)系的圖表。圖3至圖5是對于具備以IGV實現(xiàn)的翼部30的流體壓縮機10進(jìn)行例不的圖表。
[0051]第三控制部60可以發(fā)生第三控制信號S3而使流體壓縮機10的進(jìn)口 11的進(jìn)口壓力保持在預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力Pi以上。流體壓縮機10的進(jìn)口 11標(biāo)準(zhǔn)壓力Pi例如可設(shè)定為對流體壓縮機10的前階段的空氣分離工藝(air separat1n process)不產(chǎn)生影響且可以確保氮氣純度的最低值。
[0052]翼控制部70利用由第三控制部60發(fā)生的第三控制信號S3控制翼部30而流體壓縮機10進(jìn)口 11的進(jìn)口壓力低于標(biāo)準(zhǔn)壓力Pi時關(guān)閉翼部30，大于標(biāo)準(zhǔn)壓力時對流體壓縮機10出口 12的出口壓力實施控制。與標(biāo)準(zhǔn)壓力Pi對應(yīng)的第三控制信號S3值用13表示。
[0053]流入到流體壓縮機10的氮氣流量可以用以進(jìn)口壓力為變量的函數(shù)表達(dá)，因此流體壓縮機10的進(jìn)口壓力是表達(dá)生產(chǎn)的氮氣流量的變化乃至通過流體壓縮機10的動作決定的吸入流量的變化的參數(shù)。隨之基于第三控制部60的第三控制信號13控制翼部30，使流體壓縮機10的進(jìn)口壓力保持在一定水平以上，從而確保氮氣純度以及使流體壓縮機10后端的壓力下降得最少。
[0054]如圖3所示，第二控制部50以用于控制IGV開度的第二控制信號S2使驅(qū)動電機20的電流低于額定電流Cp。Il表示與額定電流Cp對應(yīng)的第二控制信號S2的值。
[0055]如圖4所示，第一控制部40以用于控制IGV開度的第一控制信號SI使流體壓縮機10的出口 12排出壓力低于標(biāo)準(zhǔn)壓力Po。12表示與標(biāo)準(zhǔn)壓力Po對應(yīng)的第一控制信號SI的值。
[0056]隨之，翼控制部70將上述第一控制部40的第一控制信號SI和第二控制部50的第二控制信號S2以及第三控制部60的第三控制信號S3全部接收以后，將第一控制信號SI和第二控制信號S2以及第三控制信號S3中選擇某一個作為驅(qū)動信號PO而實現(xiàn)被翼部30調(diào)節(jié)的進(jìn)口 11開口面積的最小化。
[0057]傳統(tǒng)的流體壓縮機的前端和后端須分別安裝流量計，但在上述結(jié)構(gòu)的流體壓縮機控制系統(tǒng)，可以最大限度地減少所需流量計的數(shù)量而節(jié)省系統(tǒng)的建設(shè)成本。
[0058]尤其，流體壓縮機的進(jìn)口側(cè)配管壓力比出口相對低而配管的大小會增加，但在上述結(jié)構(gòu)的流體壓縮機控制系統(tǒng)，進(jìn)口側(cè)的配管上不需安裝流量計，可以通過控制器的配置和運用來有效控制流體壓縮機而節(jié)省成本。
[0059]傳統(tǒng)的流體壓縮機上供應(yīng)的流體的流量被減少，則流體壓縮機的進(jìn)口壓力繼續(xù)減少而造成流體壓縮機的運行能力下降的問題，但在上述結(jié)構(gòu)的流體壓縮機控制系統(tǒng)，可以使流體壓縮機的進(jìn)口壓力保持在特定水平以上而提升流體壓縮機的穩(wěn)定性。
[0060]以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實施例所述的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例所述技術(shù)方案的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種流體壓縮機控制系統(tǒng)，包括:具備用于輸入流體的進(jìn)口和用于排出壓縮流體的出口而壓縮流體的流體壓縮機；驅(qū)動所述流體壓縮機的驅(qū)動電機；安裝在所述流體壓縮機的所述進(jìn)口，且受到由外部施加的信號的控制而調(diào)節(jié)所述進(jìn)口開口面積的翼部；發(fā)生用于控制由所述流體壓縮機的所述出口排出的流體的排出壓力的第一控制信號的第一控制部；發(fā)生用于使所述驅(qū)動電機保持額定電流的第二控制信號的第二控制部；發(fā)生用于控制所述流體壓縮機的流入到所述進(jìn)口的流體的進(jìn)口壓力的第三控制信號的第三控制部；以及接收所述第一控制信號和所述第二控制信號以及所述第三控制信號，并向所述翼部施加驅(qū)動信號而控制所述翼部的翼控制部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體壓縮機控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括檢測由所述流體壓縮機的所述出口排出的流體的排出壓力的出口壓力檢測部， 所述第一控制部是基于由所述出口壓力檢測部檢測的排出壓力發(fā)生所述第一控制信號的比例-積分-微分控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體壓縮機控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括檢測所述驅(qū)動電機的電流的電流檢測部， 所述第二控制部是基于由所述電流檢測部檢測的電流發(fā)生所述第二控制信號的比例-積分-微分控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體壓縮機控制系統(tǒng)，其特征在于， 還包括檢測流入到所述流體壓縮機的所述進(jìn)口的流體的進(jìn)口壓力的進(jìn)口壓力檢測部， 所述第三控制部是基于由所述進(jìn)口壓力檢測部檢測的進(jìn)口壓力發(fā)生所述第三控制信號的比例-積分-微分控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體壓縮機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述翼控制部從所述第一控制信號和所述第二控制信號以及所述第三控制信號中選擇某一個作為向所述翼部施加的所述驅(qū)動信號，以使所述進(jìn)口的所述開口面積最小化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的流體壓縮機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第三控制部發(fā)生所述第三控制信號而使所述流體壓縮機的所述進(jìn)口流體壓力保持預(yù)定壓力以上。
【文檔編號】F04B49/06GK104343668SQ201410350396
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月23日
【發(fā)明者】樸成淳, 嚴(yán)柱相 申請人:三星泰科威株式會社