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CN113586395A - 一种空气压缩机组智能流量调节方法和系统 - Google Patents

一种空气压缩机组智能流量调节方法和系统 Download PDF

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Abstract

本公开关于一种空气压缩机组智能流量调节方法和系统。所述调节方法包括以下步骤：上电并且初始化；针对每一个空气压缩机组，计算其历史运行时间与历史容积流量的乘积；以及基于计算的乘积并且根据流量需求与空气压缩机组的额定容积流量的比较，确定调节方案。利用这样的方法和系统，能够实现多机组联动控制，使各机组保持在既不太高又不太低的转速运行，并且能够利用主控制器自动调控各机组的轮值运行。

Description

一种空气压缩机组智能流量调节方法和系统
技术领域
本公开涉及空气压缩机组，并且尤其涉及对空气压缩机组的智能流量调节。
背景技术
压缩空气日益广泛地应用于各行业领域的生产过程中，特别是在煤炭采矿行业，既有气动锚杆钻机、气动锚杆台车、气动工具、气动机械手、气力输送固体颗粒物等动力用压缩空气，又可用于矿井压风自救系统，为封闭空间或有毒有害气体区域的作业人员提供呼吸所用空气，保障劳动者生命安全和职业健康。
煤矿压缩空气站通常选用3台空气压缩机为宜，2用1备，且空气压缩机的型号不宜超过两种。其中备用机组的主要作用是确保空气压缩机定期检修时的供气要求，以及运转中可能发生的事故需临时停机时供气量不影响生产的正常需求。
在煤矿生产过程中，实际用气量是不断变化的，因此需要调节空气压缩机的容积流量与实际用气量达到平衡，并且要求调节的方法是经济高效的，此外，还要使各空气压缩机轮值运行，避免有的机组因工作时间过长而疲劳，有的机组因长期不运行而锈蚀，使各机组磨损均匀和使用寿命均衡。
CN209083521U涉及一种节能型空压机组，其中描述的一种节能型空压机组包括主控制器、第一空压机和第二空压机。第一空压机和第二空压机的排气端由气管并联后与冷干机连通，在靠近第一空压机和第二空压机排气端的气管上均设置有单向阀。根据用气负荷情况，使第一空压机和第二空压机单独或交叉运行，使空压机保持合适的运行和待机间隔时间，达到较佳的运行效率，实现节能及严惩空压机寿命的目的，并且在其中一台空压机损坏或保养时，另一台可以保持应急运行，避免供气中断。
空气压缩机容积流量调节方法有电气调速、机械、气动等多种。空气压缩机的容积流量和转速成正比关系，利用电气调速进行容积流量调节的主要优点是机组结构不需任何变动，而且在调节工况下，空气在压缩机中的工作过程基本相同，因此电气调速法是经济高效、有发展前景的技术路线。
现有技术中的空气压缩机组调节方法存在以下缺陷：
(1)电气调速时，在低转速区域，空气压缩机中的内泄漏将导致排气温度明显升高，而且电机在低转速运行时效率较低，在过高转速区域，润滑油量不足可能导致机组发生故障。
(2)现有变频调速技术主要是进行单机控制，多机组之间不能联动控制，因此节能效果没有最优化。
(3)现有控制策略主要是根据压缩空气储罐和管道的压力变化进行容积流量调节的，压力受环境温度和海拔高度等外部因素影响较大，因此调节精度不够准确。
(4)各机组的轮值运行主要根据人工经验手动控制，或者根据各机组工作时间自动控制，没有考虑各机组负荷差异的因素，因此控制方法不够科学合理。
为此，需要提供一种改善的空气压缩机组智能流量调节方法和系统。
发明内容
本公开提供一种空气压缩机组智能流量调节方法和系统，其中实现多机组联动控制，使各机组保持在既不太高又不太低的转速运行，并且能够利用主控制器自动调控各机组的轮值运行。
根据本公开的一个方面，提供一种空气压缩机组智能流量调节方法，其特征在于，包括以下步骤：上电并且初始化；针对每一个空气压缩机组，计算其历史运行时间与历史容积流量的乘积；以及基于计算的乘积并且根据流量需求与空气压缩机组的额定容积流量的比较，确定调节方案。
在一个实施例中，将具有乘积最大值的空气压缩机组设置为备用状态，并且使剩余机组开机运行。
在另一实施例中，根据流量需求与空气压缩机组的额定容积流量的比较，确定如下调节方案：如果流量需求小于额定容积流量，则使具有乘积最小值的空气压缩机组工作，其余机组关闭；如果流量需求大于所述额定容积流量并且小于N倍的所述额定容积流量，则按照将流量需求均分到在用机组进行调节；并且如果流量需求大于N倍的所述额定容积流量，则表明用气负荷过大，采取临时方案来启动备用机组运行，其中，N为在用空气压缩机组的数目。
在再一实施例中，根据热力学和流体力学原理，所述流量需求与空气压缩机的转速成正比关系，并且其中，空气压缩机的转速大小取决于流量需求而由电机控制器控制。
在又一实施例中，通过主控制器控制所述电机控制器来实现对机组轮值运行和机组日常运转的负荷调节的自动控制。
根据本公开的第二方面，提供一种空气压缩机组智能流量调节系统，其特征在于，包括：初始化模块，用于对系统进行上电和初始化；乘积计算模块，用于针对每一个空气压缩机组，计算其历史运行时间与历史容积流量的乘积；以及调节方案确定模块，用于基于计算的乘积并且根据流量需求与空气压缩机组的额定容积流量的比较，确定调节方案。
在本公开的一个实施例中，还包括流量传感器，用于对流量需求进行测量；所述调节方案确定模块将具有乘积最大值的空气压缩机组设置为备用状态，并且使剩余机组开机运行。
在本公开的另一实施例中，所述调节方案确定模块根据流量需求与空气压缩机组的额定容积流量的比较，确定如下调节方案：如果如果流量需求小于额定容积流量，则使具有乘积最小值的空气压缩机组工作，其余机组关闭；如果流量需求大于所述额定容积流量并且小于N倍的所述额定容积流量，则按照将流量需求均分到再用机组进行调节；并且如果流量需求大于N倍的所述额定容积流量，则表明用气负荷过大，采取临时方案来启动备用机组运行，其中，N为在用空气压缩机组的数目。
在本公开的再一实施例中，根据热力学和流体力学原理，所述流量需求与空气压缩机的转速成正比关系，并且其中，空气压缩机的转速大小取决于流量需求而由电机控制器控制。
根据本公开的空气压缩机组智能流量调节方法和系统，在对系统进行上电初始化之后；针对每一个空气压缩机组，计算其历史运行时间与历史容积流量的乘积；并且基于计算的乘积并且根据流量需求与空气压缩机组的额定容积流量的比较，确定调节方案。基于这样的方法，能够利用主控制器进行多机组联动控制和轮值运行控制；能够使各机组保持在既不太高又不太低的转速运行，使电机功率处于高效区域。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理，并不构成对本公开的不当限定。
图1是根据本公开实施例的空气压缩机组智能流量调节的原理图。
图2是根据本公开实施例的空气压缩机组智能流量调节方法的流程图。
图3是根据本公开实施例的基于计算的乘积并且根据流量需求与空气压缩机组的额定容积流量的比较来确定调节方案的详细工作流程图。
图4是根据本公开实施例的空气压缩机组智能流量调节系统的方框图。
具体实施方式
为了使本领域普通人员更好地理解本公开的技术方案，下面将结合附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图1是根据本公开实施例的空气压缩机组智能流量调节的原理图。在图1中，示出了包括三个空气压缩机组的空气压缩系统，每一个空气压缩机组包括电机控制器、电机、电机控制器和压缩空气储罐。主控制器负责对整个空气压缩系统进行控制并且流量传感器用于测量空气压缩系统的流量需求。图1中的虚线为信号线和控制线，实线为强电导线，并且压缩空气储罐输出端为压缩空气管道，并且在图1的原理图中，忽略了阀门和开关等附件。
下面参照图2来说明根据本公开实施例的空气压缩机组智能流量调节方法的工作流程。
首先，系统进行上电并且初始化。
然后，在步骤201中，针对每一个空气压缩机组，计算其历史运行时间与历史容积流量的乘积。具体地，对于第一空气压缩机组，假设该第一空气压缩机组的历史运行时间为t1并且历史容积流量为Qv1，计算t1*Qv1的乘积值；对于第二空气压缩机组，假设该第二空气压缩机组的历史运行时间为t2并且历史容积流量为Qv2，计算t2*Qv2的乘积值；并且对于第三空气压缩机组，假设该第三空气压缩机组的历史运行时间为t3并且历史容积流量为Qv3，计算t3*Qv3的乘积值。
接着，在步骤202中，基于针对每一个空气压缩机组计算的乘积值，并且根据流量需求与空气压缩机组的额定容积流量的比较，确定调节方案。
具体地，在上面步骤201中计算了每一个空气压缩机组的历史运行时间与历史容积流量的乘积之后，将具有乘积最大值的空气压缩机组设置为备用状态，并且使剩余机组开机运行。对于图1中的流量调节系统，空气压缩机组总数为3，将具有乘积最大的空气压缩机组设置为备用状态后，剩余机组数目为2。
更进一步地，利用图1中的流量传感器，测量整个空气压缩系统的流量需求Qv。另外，假设已知空气压缩机组的额定容积流量为Qve，其中每一个空气压缩机组的额定容积流量相同。参照图3，根据流量需求与空气压缩机组的额定容积流量的比较，确定如下调节方案：如果流量需求Qv小于额定容积流量Qve，则使具有乘积最小值的空气压缩机组工作，其余机组关闭；如果流量需求Qv大于所述额定容积流量Qve并且小于2倍的所述额定容积流量Qve，则按照将流量需求均分到在两个用机组进行调节；并且如果流量需求Qv大于2倍的所述额定容积流量Qve，则表明用气负荷过大，采取临时方案来启动备用机组运行。也就是说，在根据本发明的流量调节方法中，首先将乘积值最大的空气压缩机组设置为备用机组，然后在流量需求Qv使用一个空气压缩机组即可满足的情况下仅启用一个在用空气压缩机组，并且在流量需求Qv需要使用两个空气压缩机组才可满足的情况下同时启用两个在用空气压缩机组，而且当流量需求Qv使用两个再用空气压缩机组也不能得到满足的情况下，则需要启动备用机组。
对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，根据热力学和流体力学原理，所述流量需求与空气压缩机组的转速成正比关系。当流量需求较大时，空气压缩机组的转速就较快并且，当流量需求较小时，空气压缩机组的转速就较慢。
在本发明的一个示例中，空气压缩机组高效区域对应的调速范围是从nmin(对应容积流量Qvmin)到ne(对应容积流量Qve)，nmin小于ne；Qvmin小于Qve。这里nmin代表空气压缩机组的最小转速，并且ne代表空气压缩机组的额定转速。当空气压缩机组以最小转速nmin运转时，对应的容积流量Qvmin是该空气压缩机组的最小容积流量；并且当空气压缩机组以额定转速ne运转时，对应的容积流量Qve是该空气压缩机组的额定容积流量。对于相应的每一个空气压缩机组，其工作转速在最小转速nmin和额定转速ne之间，从而其容积流量在最小空气容积流量Qvmin和额定容积流量Qve之间。
在本发明的一个示例中，取决于流量需求的空气压缩机组的转速由电机控制器进行控制。电机控制器根据从流量传感器接收到的流量需求来对各个空气压缩机组进行控制，使得空气压缩机组的转速大小得到控制，以便三个空气压缩机组的配合工作能够满足所要求的流量需求，从而实现空气压缩机组的智能流量调节。即，通过主控制器控制所述电机控制器来实现对机组轮值运行和机组日常运转的负荷调节的自动控制。
图4是根据本公开实施例的空气压缩机组智能流量调节系统的方框图。参照图4，根据本发明的空气压缩机组智能流量调节系统包括用于对系统进行上电和初始化的初始化模块；用于针对每一个空气压缩机组计算其历史运行时间与历史容积流量的乘积的乘积计算模块；以及用于基于计算的乘积并且根据流量需求与空气压缩机组的额定容积流量的比较来确定调节方案的调节方案确定模块。所述系统进一步包括流量传感器，用于对流量需求进行测量。图4中所示的空气压缩机组智能流量调节系统按照上面参照图2和图3描述的智能流量调节方法进行操作。
根据本发明的空气压缩机智能流量调节方法和系统，通过考虑历史运行时间和历史容积二者，计算其历史运行时间与历史容积流量的乘积，并且基于计算的乘积且根据流量需求与空气压缩机组的额定容积流量的比较，确定调节方案。基于这样的方法和系统，能够利用主控制器进行多机组联动控制和轮值运行控制，并且能够使各机组保持在既不太高又不太低的转速运行，使电机功率处于高效区域。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种空气压缩机组智能流量调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
上电并且初始化；
针对每一个空气压缩机组，计算其历史运行时间与历史容积流量的乘积；以及
基于计算的乘积并且根据流量需求与空气压缩机组的额定容积流量的比较，确定调节方案。
2.根据权利要求1所述的空气压缩机组智能流量调节方法，其特征在于，将具有乘积最大值的空气压缩机组设置为备用状态，并且使剩余机组开机运行。
3.根据权利要求1所述的空气压缩机组智能流量调节方法，其特征在于，根据流量需求与空气压缩机组的额定容积流量的比较，确定如下调节方案：如果流量需求小于额定容积流量，则使具有乘积最小值的空气压缩机组工作，其余机组关闭；如果流量需求大于所述额定容积流量并且小于N倍的所述额定容积流量，则按照将流量需求均分到在用机组进行调节；并且如果流量需求大于N倍的所述额定容积流量，则表明用气负荷过大，采取临时方案来启动备用机组运行，其中，N为在用空气压缩机组的数目。
4.根据权利要求1所述的空气压缩机组智能流量调节方法，其特征在于，根据热力学和流体力学原理，所述流量需求与空气压缩机组的转速成正比关系，并且其中，空气压缩机组的转速大小取决于流量需求而由电机控制器控制。
5.根据权利要求4所述的空气压缩机组智能流量调节方法，其特征在于，通过主控制器控制所述电机控制器来实现对机组轮值运行和机组日常运转的负荷调节的自动控制。
6.一种空气压缩机组智能流量调节系统，其特征在于，包括：
初始化模块，用于对系统进行上电和初始化；
乘积计算模块，用于针对每一个空气压缩机组，计算其历史运行时间与历史容积流量的乘积；以及
调节方案确定模块，用于基于计算的乘积并且根据流量需求与空气压缩机组的额定容积流量的比较，确定调节方案。
7.根据权利要求6所述的空气压缩机组智能流量调节系统，其特征在于，还包括流量传感器，用于对流量需求进行测量。
8.根据权利要求6所述的空气压缩机组智能流量调节系统，其特征在于，所述调节方案确定模块将具有乘积最大值的空气压缩机组设置为备用状态，并且使剩余机组开机运行。
9.根据权利要求6所述的空气压缩机组智能流量调节系统，其特征在于，所述调节方案确定模块根据流量需求与空气压缩机组的额定容积流量的比较，确定如下调节方案：如果流量需求小于额定容积流量，则使具有乘积最小值的空气压缩机组工作，其余机组关闭；如果流量需求大于所述额定容积流量并且小于N倍的所述额定容积流量，则按照将流量需求均分到再用机组进行调节；并且如果流量需求大于N倍的所述额定容积流量，则表明用气负荷过大，采取临时方案来启动备用机组运行，其中，N为在用空气压缩机组的数目。
10.根据权利要求6所述的空气压缩机组智能流量调节方法，其特征在于，根据热力学和流体力学原理，所述流量需求与空气压缩机组的转速成正比关系，并且其中，空气压缩机组的转速大小取决于流量需求而由电机控制器控制。
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