用于调节喷油压缩机设备的工作压力的装置的制作方法

专利名称：用于调节喷油压缩机设备的工作压力的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于调节喷油压缩机设备的工作压力的装置。
背景技术：
在同一申请人的EP0 942 173中已经7>开了一种用于调节喷油压缩机设备的工作压力的装置，所述喷油压缩机设备设有压缩机元件，所述压缩机元件由马达驱动，所述马达受到控制模块控制且其转速可调节，其中所述喷油压缩机元件设有空气进入口和压缩空气出口，所述压缩空气出口与油分离器相连，所述油分离器具有用于供应压缩气体的压缩空气管，其中所述装置设有与上述空气进入口相连的受控制的进入阀和具有排放管的排放机构，所述排放管连接油分离器和进入阀，并且可通过排放阀封闭。
在这种已知装置中，压缩机元件的进入阀受到气动控制。
这种气动控制系统的缺陷在于存在连续的压缩空气损失，这对于这种控制系统的良好操作是必然的。
这种已知气动控制系统的另 一缺陷在于压缩机设备在卸载时的工作压力总是高于加载时的工作压力，由此在压缩机设备处于卸载状态时，工作压力要求从发动机获得更多的功率。
已知的气动控制系统的另一缺陷在于调节压力管和空气室形成较大的时间常数，从而使得在压缩机设备的输出流突然出现波动时，在工作压力上将会出现"过冲"或者"下冲"，因此，工作压力分别将突然表现出非常高或者非常低的值。
与之相关的缺陷是在调节压力管的尺寸发生改变时(例如由于进行了更换或修理)，上述时间常数将具有不同的数值，这不利于调节的稳定性。已知装置的附加缺陷在于在气动控制系统的调节压力管中将会形成冷凝物，它在设备运行期间会通过空气孔排出，但是在压缩机设备已被关闭时会留在管中且可能积聚于此。
在温度低于零度的情况下，调节压力管还会发生冻结，且因此阻碍气动控制系统形成良好的运转状态。
另一附加缺陷是在已知的装置中，所需要的工作压力是通过拧紧气动调节阀而进行手动设定的。而且，这种设定只能发生在压缩机设备工作期间。
已知装置的另一缺陷在于进入阀通常具有活塞阀的形式，这是不利的，因为它的设计会造成较大的输入损失。

发明内容
本发明旨在弥补上述和其它缺陷中的一种或几种。
为此，本发明涉及一种用于调节喷油压缩机设备的工作压力的装置，喷油压缩机设备设有压缩机元件，所述压缩才几元件受到马达的驱动，所述马达受到控制模块的控制且具有可调节的转速，其中所述压缩机元件设有空气进入口和压缩空气出口 ，所述压缩空气出口与油分离器相连，所述油分离器具有用于供应压缩气体的压缩空气管，其中所述装置设有与上述空气进入口相连的受控制的进入阀和具有排放管的排放机构，所述排放管连接油分离器和进入阀，并且可借助排放阀来封闭，其中所述装置的特征在于上述进入阀、排放阀以及控制模块都是与用于调节油分离器中的工作压力的电子控制单元相连的电控部件，其中所述工作压力由工作压力传感器测量，所述工作压力传感器也与所述电子控制单元相连。
根据本发明的装置的优点在于压缩机设备的效率得到极大改善，因为不再具有使用气动控制系统时所具有的压缩空气损失。
根据本发明的装置的另一优点在于能够在压缩机设备加载和卸载时恒定地维持工作压力，在卸载时要求从发动机中获得更少的功率。
根据本发明的这种装置的另一优点在于与已知的基于压缩空气的调节系统相比，时间常数要小的多，这使得装置能够更快地对压缩机设备的输出流量上的变化作出反应，从而得到更小的"过冲"和"下
沖，，；以及在于时间常数可得到更好地控制。
根据本发明的装置的另一附加优点是气动的调节压力管可被省略，这使得冻结问题被限制在排放阀中。
根据本发明的装置的另一优点是可通过控制面板轻易地输入所需要的工作压力。
根据本发明的装置的附加优点是电子控制系统更适用于额外的功能，诸如通过远程控制从远处输入所需要的工作压力。
上述进入阀优选地制成蝶形阀的形式，所述蝶形阀由步进马达驱动，所述步进马达附带有步进马达电子卡，所述电子卡优选地具有微步进程序。
其优点在于这种蝶形阀所造成的输入损失远小于用在传统气动控制系统中的活塞阀。蝶形阀的非线性操作特性曲线可以电子方式轻易实现。
在根据本发明的装置的优选实施例中，上述控制单元设有工作压力控制器，所述控制器被制成PID控制器的形式，其输出信号代表设定马达转速、空气进入口处的入口压力和通过排放阀的排放流量的所需要的输出流量。
因此，输出流量是通过压缩空气管的空气质量流量，而排放流量是流过排放阀的空气质量流量。
根据本发明的优选特性，该装置还设有与上述控制单元相连的入口压力传感器，此控制单元设有为具有增量(reinforcement)的PID控制器的形式的入口压力控制器，其中所述增量是进入阀位置的函数、或者压缩机元件的空气进入口处的进入阀后面的绝对压力与进入阀的
输入侧上的绝对压力之间的关系的函数。


为了更好地解释本发明的特性，下面仅以举例而非限制性的方式，参考附图给出根据本发明的用于喷油压缩机设备的控制系统的优选实
施例，在附图中
图1示意性地描绘了设有根据本发明的装置的喷油压缩机设备；图2描绘了根据本发明的控制系统的技术控制模式图；图3描绘了图1中的装置的工作图4描绘了为根据图1的装置的一部分的进入阀的工作曲线；图5描绘了入口压力控制器的增量曲线。
具体实施例方式
图1示意性地描绘了一种压缩机设备1,其在这种情况下被制成喷油螺杆压缩机的形式，所述压缩机设有压缩机元件2，所述压缩机元件2通过传动装置3由具有可调节转速的马达4驱动。
压缩机元件2设有用于经由空气过滤器6引入待压缩气体的空气进入口 5和通过止回阀8在管道9中打开的压缩空气出口 7，所述管道9被连接到已知类型的油分离器10上。
通过压缩空气管11 (其通过最小压力阀12与上述油分离器10相连)，压缩空气的使用者可获取具有一定工作压力Pw的压缩气体，并且例如将其送入压缩空气网络或类似物中。
上述油分离器IO通过喷射管(未在图1中示出)与喷射阀相连，所述喷射阀设在压缩机元件2上，以便将与压缩空气分开的油喷入所述压缩才几元件2以对其进4亍润滑和冷却。
上述马达4在这种情况下为热力马达(thermal motor )， 其设有电力起动机(未在图1中示出)和用于控制转速的电子控制模块13。
上述马达4还设有冷却风扇14。
另外，压缩机设备l设有根据本发明的用于调节压缩机设备l的工作压力Pw的装置15，所述装置15设有与上述空气进入口 5相连的电动进入阀16和在这种情况下制成排放管18形式的排放机构17，其中所述排放管18连接油分离器IO和进入阀16，且可通过电控排放阀19得到密封。在这种情况下，上述进入阀16制成由步进马达20驱动的蝶形阀的形式，所述步进马达20能够在进入阀16的打开位置与关闭位置之间逐渐增加地设定进入阀16的位置。
已知步进马达20设有附带的步进马达电子卡21，其优选地具有微步进程序(modus )。
上述排放阀19在这种情况下被制成电磁阀形式，其可处于关闭位置和打开位置之间的两个位置上。
根据本发明，装置15还包括电子控制单元22，上述用于马达转速的控制模块13、上述进入阀16和排放阀19与电子控制单元22相连以调节油分离器10中的工作压力Pw。
另外，与控制单元22相连的还有设在上述油分离器IO上的工作压力传感器23、安装在空气进入口 5上的入口压力传感器24和两个接近开关25,图1只示出其中一个接近开关25，且接近开关25可检测蝶形阀的打开和关闭位置。
最后，在这种情况下，与控制单元22相连的还有控制面板26。
设有根据本发明的用于调节压缩机设备1的工作压力Pw的装置15的压缩机设备1的工作非常简单且如下所述。
压缩机设备l具有三种操作状态启动、无负载和加载/卸载。
压缩机设备1总是在启动程序下启动，其中控制单元22命令步进马达20彻底关闭进入阀16，且因此打开排方文阀19。
接着由上述起动马达开动热力马达4，且通过控制模块13以最小转速驱动马达4。
由于进入阀16彻底关闭，空气进入口 5处的入口压力Pi将会非常低，因此，马达负载将下降，从而使得能够容易地启动马达4。
只要热力马达4达到满转速，控制单元22就自动地从启动程序切换到无负载程序。
在无负载程序下，控制单元22将工作压力Pw的值设成低于最小压力阀12的打开压力，使得马达负载受到限制，马达4能够通过这种方式变暖。在无负载程序下，所选择的工作压力Pw越低，那么燃料消耗也将越低。
然而，所选择的工作压力Pw必须足够高以便能够恒定地通过上述喷射管将足够的油从油分离器10喷入压缩机元件2，和因此避免压缩机元件2的压缩空气出口 7处的温度变得过高，因为这样会加速压缩才几油的老4匕。
只要热力马达4已足够暖和，则可例如经由控制面板26将控制单元22从无负载程序切换到加载/卸载程序。
在加载/卸载程序下，控制单元22将工作压力Pw调节成高于最小压力阀12的打开压力的压力。
在该加载/卸载程序下，压缩机设备1可供应压缩空气，其中可通过控制面板26将工作压力Pw的值设成介于最小压力阀12的打开压力和压缩机设备l的标称工作压力之间。
在压缩空气正被取出时，压缩机设备1将自动地切换到加载程序。当没有压缩空气正被取出时，压缩机设备1切换到卸载程序。
如果压缩空气的使用者想要压缩机设备1以比卸载更为经济的方式工作，则他/她可以通过控制面板26始终将压缩机设备1设定为无负载程序。
然而，如果压缩空气的使用者随后又想要取出压缩空气，则在这种情况下他/她将必须等待略长一段时间，直到工作压力Pw再次达到高于最小压力阀12的打开压力的值。
下面将借助图2中的技术控制模式图解释根据本发明的装置15在加载/卸载程序下的工作。
在此模式图中可清楚地看到，控制单元22为此具有工作压力控制器27和入口压力控制器28，它们优选制成设有分别用块29和30表示的PID算法的PID控制器的形式。
上述工作压力控制器27计算所需工作压力100和由工作压力传感器23测出的工作压力101之间的差值。
在无负载程序下，所需工作压力100是控制单元22中的预设值。然而，在加载/卸载程序下，压缩机设备的操作人员可以通过在含
有用于此目的的算法的选择块31中设定选择参数而在两种不同的压力调节之间自行选择(例如经由控制面板26)。
第一种可能是能够通过输入块32经控制面板26直接设定所需要的工作压力100。
所需要的工作压力100则可以是任何一个介于压缩机设备1的标称工作压力和最小压力阀12的打开压力之间的值。
通过选择块31进行设定的第二种可能是其中工作压力Pw通过控制单元22自动地最大化的工作压力调节。
在这种情况下，所需工作压力100的值是压缩机设备1的输出流
量Qu的函数。
在这种情况下，输出流量Qu指流过压缩空气管11的空气质量流量。
在控制单元22中，基于所需输入流量102和由信号103所代表的
排放阀19的位置，在块33中计算出与输出流量Qu有关的信息。在这种情况下，输入流量指流过压缩机元件的空气质量流量。块33确保工作压力Pw始终低于油分离器10的设计压力。在例如由于消耗突然下降而导致输出流量Qu突然下降的情况
下，工作压力Pw上出现的"过沖"与输出流量Qu在消耗突然下降时
刻的体积成比例地增长。
根据本发明，为了补偿这种"过冲"，考虑到之前的状况，随着压
缩机设备1的输出流量Qu变大，通过控制单元22将所需工作压力
100设为更低的值。
接着，工作压力控制器27将PID算法29用于工作压力的偏差，
即所需工作压力100与所测工作压力Pw (对应于信号101)之间的差值。
该算法中的积分器确保在所需工作压力100与测出的工作压力101之间不存在静态偏差。
最佳的PID因子取决于环境压力104，其可以例如通过环境压力传感器(未在图中示出)测出。
根据本发明的装置15的优选特性，环境压力104的测量不是由大气传感器完成，而是在即将启动热力马达4之前由上述的入口绝对压力传感器24完成，因为在压缩机元件2不工作时，入口压力Pi等于环境压力104。
工作压力控制器27的输出信号以百分比的形式表示所需输入流量102。在马达转速最大且进入阀16彻底打开时，输入流量Qi为100%。如果进入阀16关闭且将彻底封闭空气进入口 ，使得将在压缩机元件2的空气进入口 5处形成真空的话，输入流量Qi将会为0M。
可以通过调节压缩机转速和入口压力Pi这两个参数使输入流量Qi等于所需输入流量102。
这两个参数均与压缩机元件2的输入流量Qi成正比。
这由下列公式1来表示
输入流量=Ctex压缩机转速x入口压力。
对压缩机转速的调节对应于对热力马达4的转速的调节，其中控制模块13从控制单元22处接收到所需要的马达转速值，并将马达的转速调整成所需要的转速。
压缩机元件2的入口压力Pi通过设定进入阀16的位置来进行调节，从而使得在关闭进入阀16时，入口压力Pi下降。
上述入口压力控制器28计算在所需要的入口压力105和实际入口压力Pi之间的差值，其中实际入口压力Pi对应于信号106且由入口压力传感器24测出。
基于所需要的输入流量102，根据下列公式2在计算块34中算出所需要的入口压力105:
所需要的入口压力-MIN[Patm; MAX (Pw/压缩机元件上的最大压力比)；(所需要的输入流量/最小马达转速)xpatm]。
然后对入口压力Pi的偏差(即，所需要的入口压力105与测出的入口压力106之间的差值)应用上述PID算法30。
入口压力控制器28的输出端还形成控制单元22的输出端35，入口压力控制器28的输出信号107通过输出端35送入步进马达20的卡21，且信号107决定步进马达20必须转动的角速度，而输出信号107的符号决定所述马达20的旋转方向。
为使压缩机元件2的输入流量Qi从100%降至0%，出于对效率的考虑，首先使热力马达4从其最大转速变为最小转速，其中所述最小转速通常约为最大转速的70%。
根据公式1，压缩机元件2的输入流量Qi与马达的转速成比例地下降。
虽然马达转速正得到调节，但进入阀16仍保持完全打开。只有在热力马达4以最小转速转动且输入流量Qi必须进一步减小
时，进入阀16才将会关闭，同时马达4保持以最小转速转动。
从公式1中还能够得知输入流量Qi 10与压缩机元件2的入口
压力Pi成比例。
在控制单元22中，通过应用公式3在计算块36中将所需要的输入流量102转换成所需要的转速，其中公式3:
所需要的马达转速[%] = Max (最小马达转速[%1;所需要的输入流量[%1 )。
这些百分比的计算必须是分别相对于例如最大转速、最大输入流量进行的。
所需要的马达转速值108通过控制单元22的输出端37传给热力马达4的控制模块13。
应注意实际上并不希望将输入流量Qi降为0%，因为在这种情况下将会在压缩机元件2的空气进入口 5处形成真空，所述真空19理论上会在压缩机元件2上提供无穷大的压力比。
压缩机元件2上的这种压力比被定义为绝对工作压力Pw与压缩机元件2的入口绝对压力Pi的商。
如果此压力比过大，所述压缩机元件2则会受到巨大振动，因而获得较短的使用年限。
压缩机元件2上的压力比也必须具有上限。所允许的压缩机元件2上的最大压力比是一个机器常量。只要马达4还在转动，那么就始终有某个输入流量Qi流过油分离器10。
如果没有压缩空气被取出且因此没有输出流量Qu的话，上述排放机构17确保从油分离器10再次流入空气进入口 5的排放流量Qb等于输入流量Qi，以使油分离器10中的工作压力Pw不继续上升。
据此，所述排放流量Qb是流过排放阀19的空气质量流量。
在根据本发明的装置15的优选实施例中(所述装置15在图2中示出)，排放流量Qb终止于进入阀16的输入侧，即终止于进入阀16的与空气过滤器6相连的那侧。
由于上述排放机构17的排放阀19只能接合在关闭位置和打开位置之间的两个位置上，因此，排放流量Qb的调节可能是不连续的。
控制单元22优选设有存储器(未在图中示出)，用于其中存入排放阀19的实际位置。
在图3中描绘了所述不连续排气调节的原理，其中实线代表输入流量Qi，水平轴代表输出流量Qu，且输入流量Qi为输出流量Qu的函数。
在该图中，还用点划线代表排放流量Qb，用虚线代表最小输入流量Qi，min，且它们均是压缩机元件2的输出流量Qu的函数。
此图对应于稳定状态。应注意最小输入流量Qi，min和排放流量Qb并不是固定值，而是极度依赖于多种因素，诸如压缩机设备1的类型、工作压力Pw等。
在稳定状态下，使用公式4:
输入流量Qi =输出流量Qu +排放流量Qb。
在最大输入流量100%的情况下，排放阀19关闭且因此不存在排放流量Qb，因此根据公式4可知，输入流量Qi与压缩机元件2的输出流量Qu —样大。
如果压缩空气的使用者减小输出流量Qu，则工作压力控制器27也将减小输入流量Qi直至达到最小入口压力，且由此将达到最小输入流量Qi，min。
所述最小输入流量Qi，min是指在最小马达转速和压缩机元件2 上的最大压力比下达到的输入流量Qi。 此刻，排放阀19被打开。
因此当所需要的输入流量Qi小于最小输入流量Qi，min时，控制 单元将打开电磁阀或使其保持打开。
排放阀19的打开引起油分离器10中的压力下降，工作压力控制 器27将对此通过提高输入流量Qi直至它等于输出流量Qu与排放流 量Qb的总和作出反应。
在没有压缩空气被取出且因此不存在输出流量Qu时，排放阀19 被打开。
根据公式4，输入流量Qi在这种情况下等于排放流量Qb。 在这种情况下，当输出流量Qu变大由此有更多的压缩空气被取
出时，工作压力控制器27也将提高输入流量Qi,直至输入流量Qi
等于最小输入流量Qi，min与排放流量Qb的总和。 此刻，排》文阀19,皮关闭。
当所需要的输入流量102因此大于最小输入流量Qi，min与排放流 量Qb的总和时，控制单元22将关闭所述排放阀19或者使其保持关 闭。
排放管18的关闭会引起油分离器10中的压力上升，工作压力控 制器27将对此作出反应，减小输入流量23 Qi直至它等于输出流量 Qu。
当所需要的输入流量102大于最小输入流量Qi，min且小于最小输 入流量Qi,min与排放流量Qb之和时，排放阀19的位置将保持不变。
排放阀19的通道宽度的大小必须得到恰当设计，以避免由于尺寸 过小而在压缩机元件2上的压力比最大时在测出的工作压力Pw与所 需要的工作压力IOO之间形成静态偏差。
另一方面，排放阀19的通道宽度也不应过大，因为过大的排放流 量Qb会对压缩机设备1的效率不利。优选地，排放阀19的通道宽度的尺寸被选择成在无负载的方式下 达到压缩机元件2上的最大压力比。
可以基于公式5计算最佳通道宽度
"*五
其中
A二排放阀的最佳通道宽度(m2);
B-压缩机元件的工作容积(m3/tr);这不是常量，而是受诸如压 缩机元件的凸形转子的转速、工作压力Pw、入口压力Pi等多种因素 影响的参数；
C-凸形转子的最小转速(tr/s);
D =压缩机元件2上的最大压力比；
E-压缩机元件2的入口处的空气温度(K);
F-通道宽度入口处的空气温度(K)。
在上述公式5中，参数B和C极度依赖于压缩机设备1的类型， 因此对于各种压缩机设备l而言，通道A的最佳宽度是不同的。
对于各种压缩机设备l，使上述函数最大以由此计算排放阀19的 通道A的最佳宽度，因此在任何一种环境和机器状态下，测出的工作 压力Pw都不会高于所需要的工作压力100。
这种"最坏情况"的场景实际并不常见，因此在大多数情形下，排 放阀19的通道A的宽度都被设计得过大。
排放流量Qb与最小输入流量Qi，min之间的差值被称作安全系 数，其在"最坏情况"的场景下等于0。
因此，排放阀19的关闭条件变成
所需要的输入流量〉2x最小输入流量+安全系数。
用于打开和关闭排放阀19的条件被编程到控制单元中，即被编程 到与工作压力传感器23和入口压力传感器24相连的计算块38中，其 中所述传感器是计算最小输入流量Qi，min所必须的，且分别代表测出 的工作压力101和环境压力104。
计算块38的输出信号103是通过控制单元22的输出端39打开或关闭排放阀19的信号。
另外，优选在计算块38之前、即在工作压力控制器27与计算块 38之间将低通滤波器40设置在控制单元22内，以获得更稳定的控制 系统。
与已知的以气动方式工作的装置15—样，排放阀19的通道宽度 的选择受到限制，且并不是每个压缩机设备1都能够在无负载程序下 达到压缩才几元件2上的最大压力比。
在卸载程序下，维持压缩机元件2上的最大压力比，而不管工作 压力Pw。
例如，如果入口压力Pi加倍，则输入流量Qi也将加倍，工作压
力Pw将继续升高直至达到新的稳定状态。
那么排放流量Qb应与输入流量Qi—样大，且它也会加倍。 我们注意到当排放流量Qb加倍时，绝对工作压力Pw也加倍，
因此由于入口压力Pi和工作压力Pw均已加倍，压缩才几元件2上的压
力比保持不变。
由于进入阀16选用蝶形阀，因此与用于传统气动控制装置的活塞 /进入阀相比只需要有限的转向能力，这是使电传动器(其在这种情况 下由步进马达20构成)的成本尽可能低所必需的。
使用这种蝶形阀的另一优点是由于它的设计，与通常使用的气 动控制装置的活塞/进入阀相比它只具有有限的输入损失。
因为在这种活塞/进入阀中，空气在最终到达空气进入口之前首先 要经过大量转弯，这会引起相当大的输入损失。
蝶形阀的另 一优点在于它的紧凑性。
操作特性曲线，其通常为进入阀16的操作特性曲线，对控制系统 的动态特性非常重要，且在图4中示意性地描绘了这种操作特性。 这种操作特性曲线描绘了进入阀的压力比，其为进入阀位置的函数。
在此处，进入阀的压力比指压缩机元件2的空气进入口 5处的 进入阀16后面的绝对压力与进入阀16的输入侧的绝对压力之比。0。的进入阀位置代表关闭的蝶形阀，90。的进入阀位置代表完全打 开的蝶形阀。
操作特性曲线的形状(其通常是非线性的)取决于蝶形阀的设计 和尺寸、以及压缩才几元件2的体积流量。
蝶形阀直径和体积流越大，则操作特性曲线的线性度越差。
操作特性曲线示出在图的右半边，随着进入阀位置的下降，入 口压力Pi只出现很少的减小。
而且在这整个区域中，进入阀位置的改变对输入流量Qi的影响很小。
只有在操作特性曲线的左半边，入口压力Pi(且因此输入流量 Qi)才会在进入阀位置被改变时发生显著变化。
为了调节进入阀的位置，在这种情况下使用上述步进马达20，它 的转动被上述步进马达电子卡21强化。
j氐容量控制(low capacity control)信号。
使用这种步进马达20的优点在于这类电动马达能够停顿地得到 其最大扭矩，这是必要的，因为通过进入阀16的不对称气流会在蝶形 阀的轴上形成负载扭矩。
自然，步进马达20的保持扭矩必须大于负载扭矩以将蝶形阀保持 在所需要的位置上。
使用这种步进马达的另一个优点是成本价格相对较低。
步进马达20的特征是步进马达卡21的全步进程序下的步进角。
在根据本发明的装置的优选实施例中，步进马达20每一周走200 步，这相当于步进角为1.8°。
从图4中的操作特性曲线中可以看出在最严重的情形下，1.8。 对应约15%的入口压力差，这会造成极大的不稳定性。
根据本发明，通过使用具有微步进程序的上述步进马达电子卡21 来解决这个问题，其中全步进程序的步进角被细分成多个更小的微步 进。例如，当选择将每个步进角细分成8个微步进时，则得到0.225° 的定位精度。
重新回到图4的操作特性曲线，这看上去在最严重的情形下也只 对应约2%的入口压力差，这是可接受的。
由于进入阀16的操作特性曲线是非线性的，因此获得非线性的控 制系统。
因此当对操作特性曲线的左半边优化入口压力控制器28的增量 K时，在操作特征曲线的右边部分，步进马达20的速度将不够快，这 导致在进行加载与卸载之间的切换时，工作压力的变化变得不可接受 地大。
反之亦然，如果对操作特性曲线的右半边优化入口压力控制器28 的增量K,在操作特征曲线的左边部分，步进马达的反应会过于剧烈， 从而形成不稳定的控制系统。
为了解决这个问题，入口压力控制器28设有所谓的"增益进度 表"，其中在进入阀16的位置发生变化时，用于提供入口压力控制器 28的PID算法30的成比例作用的增量K也受到调节。
进入阀位置可例如通过诸如编码器这样的位置记录器来测量。
由于这种编码器通常相对昂贵，因此本发明的优选特性是使入口 压力控制器28的增量K的选择不依赖进入阀16的位置，而是取决于 进入阀16上的压力比。
从静态角度上讲，如果已知操作特征曲线，则可以从进入阀的压 力比推出进入阀16的位置。
然而从动态角度上看，由于蝶形阀与空气进入口 5之间具有相对 较小的体积且压缩机元件2具有相对高的体积流量，因此在进入阀16 的位置和进入阀16上的压力比之间只存在很小的时间常数。
由于为了检测压缩机元件2上的压力比已经有了入口压力传感器 24，因此不需要额外的传感器来测量入口压力。
实际上，进入阀16的压力比的范围被分为有限个区间。
在每个区间内，入口压力控制器28的增量K都具有一个恒定值，对于各个单独的区间，所述定值被计算成乘以恒定值的、操作特征曲 线在所关注的区间内的平均增量的倒数。
这可以用/>式6来表示
定值Cte，因此被选择成使入口压力控制的动态性能在具有最低增 量K的入口压力区间内最优。
增量K具有上限，因为否则它会在0°和90°的极限阀位置附近获 得过大的值。
图5描绘了"增益进度表"的实例，其中增量K作为横坐标上的进
标上描绘。 、、 "《 ^
因此，借助"增益进度表，，能够获得具有更好动态品质的更线性的 控制系统。
为使根据本发明的用于调节喷油压缩机设备1的工作压力Pw的 装置15具有良好的运转状态，重要的是进入阀16的位置始终要大于 0°且小于90°。
这可以例如通过提供两个机械止挡件来实现，所述机械止挡件在 阀体紧接极限位置时将其挡住。
然而，使用这种机械止挡件会引发严重的撞击，这对部件寿命不利。
另 一种可行方式是利用检测进入阀16的极限阀门位置的传感器， 所述传感器在这种情况下是接近开关25。
然后，控制单元22将确保不会引导步进马达20沿所涉及的极限 阀门位置的方向作进一步运动。
当压缩机设备1被切断时，首先要通过控制单元22进行切换使其 在无负载程序下经过预定时间以使热力马达4负载最小，而风扇14 保持以最小转速转动，且在热力马达4实际停止之前，压缩机设备1 能够冷却一些。
本发明在任何情况下均不限于作为实例给出且在附图中示出的这些实施例；相反地，根据本发明的用于调节喷油压缩机设备的工作压 力的这种装置可被制成各种形状和尺寸，同时仍然落在本发明的范围 内。
权利要求
1. 一种用于调节喷油压缩机设备的工作压力的装置，所述喷油压缩机设备设有压缩机元件(2)，所述压缩机元件由马达(4)驱动，所述马达由控制模块(13)控制且具有可调节的转速，其中所述压缩机元件(2)设有空气进入口(5)和压缩空气出口(7)，所述压缩空气出口(7)与油分离器(10)相连，所述油分离器具有用于供应压缩气体的压缩空气管(11)，其中所述装置(15)设有与上述空气进入口(5)相连的受控制的进入阀(16)和具有排放管(18)的排放机构(17)，所述排放管(18)连接油分离器(10)和进入阀(16)，并且能够借助于排放阀(19)来封闭，其特征在于所述进入阀(16)、排放阀(19)以及控制模块(13)都是与用于调节油分离器(10)中的工作压力(Pw)的电子控制单元(22)相连的电控部件，其中所述工作压力(Pw)由工作压力传感器(23)测量，所述工作压力传感器(23)也与所述电子控制单元(22)相连。
2. 如权利要求l所述的装置，其特征在于所述进入阀(16)制 成蝶形阀的形式，所述蝶形阀由步进马达(20)驱动，所述步进马达(20) 带有附带的步进马达电子卡(21)。
3. 如权利要求2所述的装置，其特征在于所述步进马达电子卡(21) 具有微步进程序。
4. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于所述控制 单元(22)设有工作压力控制器(27)，所述工作压力控制器(27)被 制成PID控制器的形式，该PID控制器的输出信号代表压缩机元件(2 ) 的所需的输入流量(102 ),基于所述输入流量(102 ),通过排放阀(19 ) 调节马达转速、空气进入口 (5)处的入口压力(Pi)和排放流量(Qb)。
5. 如权利要求4所述的装置，其特征在于所述控制单元(22) 还设有制成具有增量(K)的PID控制器的形式的入口压力控制器 (28)，所述增量(K)是所述进入阀(16)的位置的函数、或者所述 压缩机元件(2)的空气进入口 (5)处的进入阀(16)后面的绝对压力与所述进入阀(16)的输入侧上的绝对压力之间的关系的函数。
6. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于上述排放 阀(19)被制成电磁阀的形式，所述电磁阀能够在处于关闭和打开位 置之间的两个位置上接合。
7. 如权利要求6所述的装置，其特征在于所述控制单元(22) 设有存储器，用于存入电磁岡的实际位置。
8. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于所述控制 单元(22 )设有包含算法的计算块(38 ),所述计算块在所需要的输入 流量(102)小于最小输入流量(Qi，min)时打开所述排放阀(19 )或 者使其保持打开，所述最小输入流量(Qi，mhi)在马达的最小转速和 压缩机元件(2)上的最大压力比下达到；其中所述控制单元(22)在 所需要的输入流量(102 )大于最小输入流量(Qi，min )和排放流量(Qb ) 的总和时关闭所述排放阀(19)或者使所述排放阀(19)保持关闭； 并且在所述最小输入流量(Qi，min)小于所需要的输入流量(102), 以及所需要的输入流量(102)小于最小输入流量(Qi，min)和排放流 量(Qb)的总和时，控制单元(22)不改变排放阀(19)的位置。
9. 如权利要求5和8所述的装置，其特征在于在所述控制单元 (22)中，在所述工作压力控制器(27)与所述计算块(38)之间设有 低通滤波器(40)。
10. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于所述控 制单元(22)设有包含算法的选择块(31)，所述选择块使得能够在第 一选择位置上直接调节工作压力(Pw),以及在第二选择位置上实施 工作压力的自动调节，其中所述工作压力(Pw)被自动最大化至介于 压缩机设备(1)的标称工作压力和设计压力之间的工作压力(Pw)， 并且还确保在从加载的压缩机设备(1)过渡到卸载的压缩机设备(1) 的情况下，工作压力(Pw)的峰值始终处于压缩机设备(1)的设计 压力之下。
11. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于该装置 设有控制面板(26 )，所述控制面板(26 )使得能够在所述控制单元(22 )中调节所需要的工作压力。
12. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于该装置 设有用于在所述控制单元(22)中调节工作压力的远程控制器。
13. 如权利要求4所述的装置，其特征在于所述工作压力控制 器(27)设有算法，所述算法将所述工作压力控制器(27)的PID因 子调整为环境压力(Patm)。
14. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于所述控 制单元(22)设有启动程序，其中所述进入阀(16)被完全关闭，所 述排放阀(19)被打开，然后仅所述马达(4)被启动，并且一旦所述 马达(4)达到其完全转速，所述控制单元(22)自动地从启动程序切 换到无负载程序，其中所述工作压力(Pw)通过所述控制单元(22) 被调整成低于所述最小压力阀(12)的所述打开压力的值。
15. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于在所述 进入阀(16 )上设有接近开关(25 )，所述接近开关检测所述进入阀(16 ) 内的阀体接近极限位置的时间，并将该时间传给所述控制单元(22)。
全文摘要
用于调节喷油压缩机设备的工作压力的装置，所述压缩机设备具有压缩机元件(2)，所述压缩机元件(2)由具有可调转速和控制模块(13)的马达(4)驱动，其中装置(15)设有与空气进入口(5)相连的受控制的进入阀(16)和可由排放阀(19)封闭的排放机构(17)，其特征在于上述进入阀(16)、排放阀(19)和控制模块(13)都为与用于调节工作压力(Pw)的电子控制单元(22)相连的电控部件，其中所述工作压力(Pw)由工作压力传感器(23)测量。
文档编号F04C28/08GK101466952SQ200780021372
公开日2009年6月24日 申请日期2007年3月21日 优先权日2006年6月9日
发明者I·丹尼尔斯, P·范登韦恩加特 申请人:艾拉斯科普库空气动力股份有限公司