用于线性压缩机的保护和诊断的方法和系统以及线性压缩机与流程

本发明涉及一种用于线性压缩机的保护和诊断的方法和系统。更具体地，其涉及一种用于基于共振线性压缩机的吸气时间和压缩时间之间的差的保护和诊断的方法和系统。

背景技术：

不断地寻求用于为线性压缩机提供高效保护的系统功能和方法，使得几个已知方法和系统利用用于控制活塞位移的传感器、振动传感器或还有测量例如施加于压缩机的电压和电流值的电气设备。

可取的是保护方法使最少量的附加组件的使用成为可能，使得基于压缩机的物理参数的方法将主要就财务而言变得有利。

现有技术公开了用于控制线性压缩机的手段，例如，国际公开WO 00/16482基于使电压过零以实现压缩机的操作频率的后续调整以尽可能接近于其共振频率。

此外，文献US 6,812,597尽管测量压缩机循环时间，但其独立地处理此类时间，而并未如在本发明中提出的那样使用相对信号。以独立方式的循环时间的分析更多地经受压缩机之间的变化，引起不那么可靠的控制。

另外，专利US 6,616,414使用线性压缩机的马达的电信号和参数来控制活塞冲程。此类参数包括电流、施加的电压、电阻、电感及其它。

虽然上述方法和系统在几个方面具有优点，但其中没有一个是基于压缩机的操作半周期（前进和弹回）之间的差的计算。此外，其操作为用于对压缩机进行致动而不是用于诊断和保护的方法。

通过计算此类差，减少了在不同压缩机之间可能发生的变化，因此使得可以将其应用于使用任何冷却气体的共振线性压缩机。

本发明旨在应用于共振线性压缩机的方法和系统的保护，其提出了检测压缩机中断、活塞对阀板的撞击和机构的非期望共振及其它方面。

提出的方法和系统是基于压缩机活塞的前进和弹回时间的测量。优选地，根据活塞位置且更具体地根据线性压缩机的电马达的反电动势（CEMF/FCEM）的过零来确定此类时间。

从前进（压缩）时间减去弹回（吸气）时间，获得用以实现本发明的目的的确定决策参数。

根据此决策参数的确定，可以检测到压缩机的不正确操作并预防未来故障，因此操作为线性压缩机的决策和诊断参数。

技术实现要素：

本发明具有提供一种用于共振线性压缩机的保护和诊断的方法和系统的目的，该方法和系统监视压缩机的压缩和吸气循环。

本发明的附加目的是提供一种用于在检测到压缩机的异常操作的情况下决定性地关掉压缩机的共振线性压缩机的保护和诊断的方法和系统。

本发明的第三目的是提供一种用于共振线性压缩机的保护和诊断的方法和系统，其以压缩机的前进（压缩）时间和压缩机的弹回（吸气）时间的测量结果为基础。

本发明的第四目的是提供一种用于共振线性压缩机的保护和诊断的方法和系统，其是基于根据线性压缩机的总吸气时间与总压缩时间之间的差计算的决策参数。

本发明的第五目的是提供一种用于共振线性压缩机的保护和诊断的方法和系统，其通过计算决策参数来防止对压缩机的内部组件的损坏。

本发明的附加目的是提供一种用于共振线性压缩机的保护和诊断的方法和系统，其使用决策参数来诊断线性压缩机的操作中的可能故障。

附图说明

本发明描述了一种用于线性压缩器的保护和诊断的方法和系统。线性压缩机包括至少一个电子控制机构，并且所述保护和诊断方法被配置成从而包括以下步骤：检测线性压缩机的吸气时间，然后检测线性压缩机的压缩时间，并且计算等价于吸气时间与压缩时间之间的差的决策参数。

另外，本发明描述了一种压缩机以及一种保护和诊断系统，其能够执行上述步骤。

附图说明

现在将参考在附图中表示的实施例的示例来更详细地描述本发明。附图示出了：

图1是线性压缩机的操作的方框图示，其中，图1（a）表示吸气半周期，并且图1（b）表示压缩半周期；

图2是共振线性压缩机上的根据时间的活塞位移的图表；

图3是如在本发明中提出的用于线性压缩机的保护和诊断的方法的方框表示；

图4是如在本发明中提出的用于线性压缩机的保护和诊断的系统的方框表示；

图5是线性压缩机的正常操作中的决策参数（ΔT）的图表表示；

图6是线性压缩机的异常操作中的决策参数（ΔT）的图表表示；

图7是线性压缩机的异常操作中的决策参数（ΔT）的附加图表表示；

图8是线性压缩机的异常操作中的决策参数的变化性的图表表示；以及

图9是线性压缩机的异常操作中的决策参数（ΔT）的附加图表表示。

具体实施方式

如已知的，线性压缩机2的操作基本上通过冷却气体的吸入—压缩而发生，因此配置吸气时间（活塞弹回）和压缩时间（活塞前进）。

由活塞前进，应理解气体的压缩及其后续放出。由活塞弹回，应理解气体的再膨胀及其吸入。

由于在压缩循环期间由气体施加的压力，对其进行压缩的相应时间以与吸气时间相比较短的时间而结束。

图1（a）和（b）表示线性压缩机2的活塞的方框图示，指示其在线性压缩机2的工作半周期（吸气/压缩）期间的位移，使得能够通过线性压缩机2的简化视图注意到压缩时间为什么比吸气时间短。

由压缩机的工作循环或压缩和吸气时间，应理解压缩机的前进半周期（压缩），包括冷却气体的压缩和放出。

同样地，针对压缩机的弹回半周期（吸气），发生冷却气体的再膨胀和吸气。

参考图1（a），其表示压缩机在其吸气半周期中的操作。观察到活塞15被布置在室14的上部处，并且借助于弹簧17的移位，活塞移位直到室14的下部，从而发起压缩循环，如在图1（b）中所指示的。

在图1（b）中，可以观察到在线性压缩机2的压缩半周期中活塞15的位移经历由冷却气体施加的压力的阻力，该冷却气体充当在图1（b）中用参考标号16指示的弹簧。这样，压缩时间变得短于吸气时间。

在实施例中，可以如下从表达式（1）获得图1（a）中指示的压缩机2的吸气时间

t_s的计算。

t_s, 表达式（1）

其中，M等价于活塞15质量，并且K指代图1（a）和（b）中所示的弹簧17的常数。

以类似方式，用下面的表达式（2）来表示用于获得图1（b）中所示的压缩机2的压缩时间t_c的实施例：

, 表达式（2）

其中，K_g等价于由气体施加的力，与活塞位移相反，如在图1（b）中所图示的，用参考标号16指示。在优选实施例中，认为弹簧的常数K是95000 N/m，活塞质量为M＝0.18 kg，将具有吸气时间t_s = 4324.4 µs。承认常数K_g为5000 N/m，将具有短于t_s的压缩时间，t_c= 4214.9 µs。

图2图示出线性压缩机的根据以毫秒为单位的时间的以毫米为单位的活塞15的位移的图表。在此图表中，更清楚地观察到前述压缩时间t_c和吸气时间t_s。

本发明提出了一种基于压缩时间t_c和吸气时间t_s来检测压缩机的操作中及其组件中的可能异常，因此使得如果期望的话能够在检测到异常的情况下实现压缩机操作的决定性中断的用于线性压缩机2的保护和诊断的方法和系统。

出于此目的，提出的方法和系统利用决策参数ΔT，该参数优选地根据下面的表达式3来确定：

ΔT = t_s–t_c, 表达式3

根据上述表达式，参数ΔT仅仅取决于吸气时间t_s和压缩时间t_c。

图3是如在本发明中提出的线性压缩机2的保护和诊断方法1的方框表示。为了更好地理解本发明，所述保护和诊断方法1在下文中将仅称为方法1。

讨论中的方法1包括检测线性压缩机的吸气时间t_s的第一步骤，然后所述方法1包括检测线性压缩机的压缩时间t_c的步骤。

继续本描述，在本发明中提出的方法1包括计算决策参数ΔT的步骤。

如已经提到的，决策参数ΔT是根据吸气时间t_s与压缩时间t_c之间的差来计算的，如以下表达式所指示：

ΔT = t_s–t_c,

如已经提到的，优选地借助于来自线性压缩机的电马达的CEMF（反电动势（FCEM）），更确切地来自FCEM的过零的信号来确定此类参数ΔT。

借助于FCEM/CEMF来获得决策参数ΔT仅仅是本发明的优选特征，使得替换地可以以其它方式来获得吸气时间t_s和压缩测试t_c。

仅仅以示例的方式，时间t_c和t_s可能是通过使用用于活塞的冲程传感器以及通过用以估计其位置、速度或加速度的任何方法而获得的。经由马达的电气参数来估计设备也使得能够实现所述时间。

提出的方法1还包括将所述决策参数ΔT存储在线性压缩机2的电子控制机构的内部存储器10中的步骤。应在计算先前告知的决策参数ΔT的步骤中同时地执行所述步骤。

重要的是指出上述步骤应在线性压缩机的每个工作循环处执行。因此，在压缩机2的操作过程中，决策参数ΔT的新值将被存储在电子控制机构11的存储器10中。应保持先前存储的值。

因此，并且进一步参考图3，可以计算线性压缩机的平均决策参数ΔT_m。应根据先前存储在电子控制机构11的存储器10中的ΔT的值来计算平均参数ΔT_m。

这样，在线性压缩机2的每个工作循环，决策参数ΔT的新值将被存储，并且将确立新的平均决策参数ΔT_m。

如在本发明中提出的用于线性压缩机1的保护和诊断的方法以ΔT和ΔT_m的值为基础来检测压缩机2的运行中的异常并作为结果而中断其运行。

更具体地，相对于决策参数ΔT，如果在线性压缩机的操作的先前定义区域内插入该决策参数，则此事实将指示压缩机处于正常操作条件。

在操作区域的极限之外的决策参数ΔT的获得将指示压缩机操作中的可能异常。

例如，考虑到操作区域由常态范围和由最大操作极限B界定，低于常态范围的决策参数ΔT的获得可指示冷却气体的泵送中的异常的发生。

以类似方式，高于最大操作极限B的决策参数ΔT的获得可表示活塞对线性压缩机2的阀板的碰撞。

图5表示根据施加于线性压缩机的功率的决策参数ΔT的图表；在此图表中，可观察操作区域、常态范围和最大操作极限B。

常态范围被称为操作区域的下限，并且表示等于零的用于决策参数的值。因此，任何较低ΔT值的获得都是线性压缩机2的运行中的异常的指示。

另一方面，在图5中所示的图表中用曲线B来指代最大操作极限，并且最大操作极限表示线性压缩机的正常操作区域的最大极限。因此，高于操作的最大极限B的任何ΔT值表示线性压缩机2的运行中的异常的指示。

与前述内容一致，在讨论的图表中用布置在操作的最大极限B与常态范围（ΔT＝0）之间的影线区（hachured region）来指示线性压缩机的正常操作区域。因此，针对在影线区域内的决策参数ΔT获得的任何值指示处于其正常且可接受的行为中的压缩机操作，如在图5中用实线示出且参考决策参数ΔT所参考的。

在根据施加于压缩机的功率的决策参数ΔT的图表中，可在压缩机2的所有使用条件下从压缩机2的操作获得最大操作极限B，因此确立用于压缩和吸气时间的最大可接受关系和用于压缩机的最大操作极限。

例如，如果在冷却设备中使用压缩机2，则在最大冷凝、最大和最小蒸发及其它的优选条件下从压缩机2的操作获得曲线B。

更具体地，从包含压缩机操作“包络”的技术特性获得指代最大操作极限B的曲线。

因此，可使用决策参数作为线性压缩机的操作诊断和故障预测的手段。在优选实施例中，可以检测线性压缩机2的活塞对阀板的碰撞，其将引起决策参数ΔT的值的增加。

用此类添加，ΔT将超过由操作的最大极限B界定的区域，如在本申请的图6中所指示的。在图7中指示了其中ΔT具有低于由常态范围（ΔT＝0）界定的值的值的相反情况。

同样地，线性压缩机2的操作中的异常的一个指示将在平均决策参数ΔT_m高于常态的最大极限时发生。

如果平均决策参数ΔT_m高于常态的最大极限达压缩机2的确定工作循环数n，则保护和诊断方法优选地被配置成从而决定性地关掉共振线性压缩机2。

如果平均决策参数ΔT_m低于常态的最大极限，则提出的方法1被配置成从而继续进行线性压缩机2的电馈送，因为在这种情形中不存在压缩机2的运行中的异常的指示。

另外，如所述，根据借助于吸气时间t_s与压缩时间t_c之间的差的决策参数ΔT的计算，可以将参数ΔT与先前在电子控制机构11的内部存储器10中配置的正常范围相比较。

因此，应将ΔT值与常态范围相比较，如果ΔT低于所述正常范围或高于最大操作极限B达压缩机2的确定的工作循环数n，则可中断压缩机2的电力馈送。

此外，根据决策参数ΔT及其平均值ΔT_m的确定，在图3中观察到提出的方法1能够借助于变化性指示符K检测到压缩机2的运行中的问题。

例如，根据变化性指示符K，可以优选地在其检测到压缩机正在非期望共振频率下操作（这可引起过度的振动，并且作为结果损坏产品）时中断压缩机的操作。

出于此目的，应优选地根据下面的表达式4在线性压缩机2的每个工作循环处计算变化性指示符K：

, 表达式4

如果变化性指示符K的绝对值（模值）高于共振模式，则此事实将指示非期望共振频率下的压缩机操作。

因此，如果发生这种情况，则在本文中提出的方法1优选地被配置成从而中断压缩机的电力馈送。如果没有K值超过共振模式A，则压缩机2将继续正常地操作。

图8是针对根据时间的变化性指示符K的行为的优选表示。在此图中，用短划线A来指示共振模式。观察到变化性指示符K具有高于共振模式A的值（K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8、K9），其可指示非期望共振频率下的压缩机操作。

因此，根据决策参数ΔT及其与平均决策参数ΔT_m的比较（变化性指示符K），可以诊断并预防压缩机2在非期望频率下的操作。例如，如果变化性指示符K高于位移模式，则可中断压缩机2的电力馈送。

如前所述，针对变化性指示符K表示的曲线仅仅是用于此类参数的优选表示。

应提到的是针对获得变化性指示符K而阐述的公式仅仅是优选的一个，使得用于分散计算的任何其它公式可能被使用，例如标准偏差。

另外，变化性指示符K在诊断使压缩机导向不可预测行为（例如针对每个操作周期的不同行为）的故障时是有用的。另一方面，决策参数ΔT在诊断导致压缩机在每个工作循环的不想要但正常的行为（诸如活塞对阀板的碰撞）的故障时是有用的。

此外，在图9中给出了线性压缩机2的故障条件下的决策参数ΔT的行为的典型表示，图9示出了根据时间的决策参数ΔT的图表。

如可以看到的，决策参数ΔT的行为显示出高可变性和仍为负的值，例如ΔT₁。

如果从参数ΔT、ΔT_m和 K中选择线性压缩机2的电力馈送的序列，则提出的方法1被配置成从而再次地执行检测线性压缩机2的吸气时间t_s的步骤，因此重新开始先前提到的步骤。

进一步关于判定参数ΔT，后者取决于压缩机操作条件（诸如室温、冷却器和冷冻器的温度、操作功率）以及取决于机械参数，类似于活塞质量、工具箱质量、活塞直径和弹簧刚度。这样，每个压缩机2将具有针对特定决策参数ΔT的行为，即使在每个压缩机2上施加的功率是相同的。

功率的变化将直接地影响ΔT值，并且功率越高，决策参数ΔT的值越高。

活塞质量的变化（磨损）也将影响ΔT。可确立活塞质量中的10%变化将促使ΔT改变0.4%。类似地，工具箱质量的10%变化将影响ΔT达0.6%。

弹簧刚度的变化是影响ΔT最多的因素，此类变化也与施加于压缩机的功率的变化有关。执行的测试显示弹簧刚度的10%变化将影响ΔT达13%。

此外，提到执行本文提出的方法不应在最初局限于执行检测线性压缩机的吸气时间t_s和然后检测压缩时间t_c的步骤是有效的。可首先检测压缩时间t_c且然后检测吸气时间t_s。

以同样的方式，可通过压缩时间t_c与吸气时间t_s之间的减法来计算决策参数ΔT，在这种情况下，所获得的值将是负的，并且应在提出的方法以及获得的ΔT值的接受的后续验证（以及指示符K和ΔT_m）方面进行应有的适配。

本发明进一步涉及用于保护线性压缩机2的系统13，其能够执行上述方法的步骤，图4是提出的系统13的方框表示。

出于此目的，所述压缩机2应包括用于在线性压缩机的每个工作循环存储决策参数ΔT的至少一个内部存储器10。如已经提到的，根据压缩机2的吸气时间t_s与压缩时间t_c之间的差来计算决策参数ΔT。

此外，提出的系统13优选地被配置成从而如果决策参数ΔT低于最大操作极限B达线性压缩机2的预定工作循环数“n”，则中断馈源V与线性压缩机2之间的电关联。

此外，所述保护系统13能够在线性压缩机的每个工作循环确定平均决策参数ΔT_m，并且如果所述平均决策参数ΔT_m高于常态的最大极限达到压缩机2的预定工作循环数“n”，则优选地中断压缩机2与馈源V之间的电关联。

另外，系统13被配置成从而通过先前所示的表达式4来检测变化性指示符K。如已经提到的，通过变化性指示符K，可以确定非期望共振频率下的压缩机2的操作，并且作为结果而中断电力馈送，如果期望的话。

最后，本发明进一步涉及一台冷却设备的线性压缩机2，所述线性压缩机2可电关联到馈源V，并且包括至少一个内部存储器10和电子控制机构11。

提出的线性压缩机2被配置成从而根据压缩机2的吸气时间t_s与压缩时间t_c之间的差来确定决策参数ΔT。此外，电子控制机构11被配置成从而如果决策参数ΔT低于常态范围或高于最大操作极限B，则优选地中断压缩机2与馈源V之间的电关联。

此外，线性压缩机2被配置成从而确定平均决策参数ΔT_m，使得如果ΔT_m高于常态的最大极限，则电子控制机构11将中断压缩机2的电馈送。

与所述的方法1和系统13的描述一致，压缩机2被配置成从而确定变化性指示符K，并且将指示符K与共振模式相比较，可以在非期望共振频率下检测压缩机2的操作。

关于常态的最大极限和最大操作极限B，其先前从被认为将被接受的ΔT_m的平均值开始被存储在线性压缩机2的内部存储器10中。

以同样的方式，先前根据被认为可接受的ΔT值在内部存储器11中确立常态范围。在图5、6和7中所示的图表中，常态范围被指示为等于零（ΔT＝0）。

同样地，先前在线性压缩机2的内部存储器11中确立用于变化性指示符K的可接受值，因为后者取决于ΔT和ΔT_m。

提出的用于保护和诊断的方法和系统根据决策参数ΔT的计算而使得能够实现对线性压缩机2的组件的损坏的预先检测以及使得能够实现压缩机的异常操作的容易的观察。

此外，根据决策参数ΔT的计算，可以针对对阀板的非常强烈的撞击而保护压缩机以及识别压缩机活塞冲程的极限。这样，可在控制线性压缩机2的活塞冲程的技术以及用于监视其操作的手段（参数）中使用决策参数ΔT。

另外，可以在利用任何冷却气体的共振线性压缩机上应用所述方法和系统，因为其仅仅基于压缩机的压缩和吸气循环的监视。

此外，如果针对决策参数ΔT、平均决策参数ΔT_m和变化性指示符K获得的值在可接受极限之外，则不应一定地中断压缩机的电力馈送。

在替换实施例中，高于最大操作极限的决策参数ΔT的实现可被用作用于自动地推断压缩机的施加功率的信息（诊断），因此减小了实现的ΔT值并促使压缩机正常地操作。

已描述了实施例的优选示例，但应理解的是本发明的范围涵盖其它可能变化，仅仅受到包括可能等价物的所附权利要求的内容的限制。