用于操作压缩机装置的系统和方法
【专利说明】用于操作压缩机装置的系统和方法
【背景技术】
[0001] 本文公开的主题涉及压缩机装置（例如离心式压缩机），且尤其涉及用于优化包 括入口导向叶片组件和可变速驱动器的压缩机装置的性能的系统和方法。
[0002] 许多压缩机装置（例如离心式压缩机）使用入口导向叶片来调节进入到压缩机装 置中的工作流体的流量。例如，入口导向叶片的位置可变化，以增加和降低流率一例如通过 改变通向压缩机的入口处的有效流动面积。当结合可改变叶轮的旋转速度的可变速驱动器 使用时，传统的控制系统可控制压缩机装置的操作以改善性能、效率，并且此外通过减少能 量消耗而降低操作成本。
[0003] 优化这些压缩机装置的性能的工艺时常需要广泛的测试和鉴定。这种工艺可能是 劳动和时间密集性的，并且此外必须时常在局部的设施处的单独的压缩机装置上执行。
【发明内容】
[0004] 本公开描述了改进之处：其减少了鉴定具有可变入口导向叶片和可变速驱动器的 用于现场使用的压缩机装置所必需的时间和努力。这些改进将压缩机装置的特定安装和/ 或实施所需要的设定点（例如入口体积流量和排出压力）与作为现场性能测试的一部分收 集到的基准数据关联起来。在一个实施例中，这种基准数据确定了在一组基准条件下许多 不同设定点的入口导向叶片位置和驱动速度。如下面所述，本公开提出了这样的系统和方 法的实施例：其使用这种基准数据来选择在当前条件（其不同于基准条件）下实现所需设 定点、以及增强压缩机装置整体性能所需的操作设置。
【附图说明】
[0005] 现在简要地对附图进行参照，其中： 图1描绘了压缩机装置的一个示例的正面透视图； 图2描绘了压缩机装置的一个示例的正面详图，其具有入口导向叶片组件的一种示例 性构造； 图3描绘了压缩机装置的一个示例的正面详图，其具有入口导向叶片组件的另一示例 性构造； 图4描绘了用于控制压缩机装置（例如图1，2, 3和4的压缩机装置）的操作的系统的 示例性实施例的简图； 图5描绘了用于操作压缩机装置（例如图1，2, 3和4的压缩机装置）的方法的示例性 实施例的流程图； 图6描绘了用于操作压缩机装置（例如图1，2, 3和4的压缩机装置）的方法的另一示 例性实施例的流程图； 图7描绘了用于优化压缩机装置（例如图1，2, 3和4的压缩机装置）的效率的方法的 一个示例； 图8描绘了处于第一位置和第二位置中的用于压缩机装置（例如图1，2, 3和4的压缩 机装置）的示例性入口导向叶片的顶视图； 图9描绘了处于第一位置、第二位置和第三位置的图7的示例性入口导向叶片的顶视 图；且 图10描绘了用于供压缩机装置（例如图1，2, 3和4的压缩机装置）和系统（例如图 4的系统）使用的控制器的示例的高层次布线示意图。
[0006] 在所有若干视图中，在适用的地方，相似的标号指示相同或相应的元件和单元；除 非另外指出，这些视图是不按比例的。
【具体实施方式】
[0007] 广泛地说来，下面的论述聚焦于修改压缩机装置（例如离心式压缩机）的性能的 系统和方法的实施例。这些实施例可确定有关压缩机装置的操作设置（例如入口导向叶片 的位置和驱动速度），从而实现某些所需的设定点（例如入口体积流量和排出压力），而无 需执行广泛的测试来鉴定压缩机装置的性能。在一个方面，这些系统和方法通过将所需的 设定点与一组基线性能测量值关联起来而选择操作设置。这组数据对某些操作条件（例如 周围温度、周围压力、相对湿度等等）下的压缩机装置的操作进行量化。
[0008] 这些系统和方法进一步利用与压缩机装置的操作有关的数据来构造压缩机装置， 例如选择入口导向叶片在居于叶轮上游的入口导向叶片组件中的位置，和/或选择用于叶 轮的驱动速度。此外，通过连续地监测操作参数（例如排出压力）并对入口导向叶片的位 置和/或驱动速度做出调整，下面的实施例形成反馈环路，其可改进压缩机效率以及提高 性能包络。例如，这些系统和方法可设定入口导向叶片的位置和叶轮的速度，以便使工作流 体保持处于一个或多个所需的流动参数（例如入口流率和排出压力），同时在对驱动装置 输入最低可能功率的情况下进行操作。
[0009] 图1描绘了压缩机装置100的一个示例。在图1中，压缩机装置100具有带内壁 104 (例如其可形成通常被称为压缩机装置100中的入口罩的构件的一部分）的入口 102。 入口 102与蜗壳106以流通连接的方式联接，蜗壳位于入口 102的下游并形成了出口 108。 驱动单元110与具有中心轴线114的叶轮112相联接。在操作期间，驱动单元110使叶轮 112旋转，从而将工作流体（例如空气）抽送到入口 102中。叶轮112压缩工作流体。压缩 的工作流体流入到蜗壳106中。在一个实施例中，压缩机装置100在出口 108处与工业管 道相联接，以便在一定压力和/或根据需要在某些指定的设定点（例如入口体积流量、排出 压力等等）下排出工作流体。例如，压缩机装置100的实施例在各种各样的设置和工业中 都有应用，包括汽车工业、电子工业、航空和航天工业、石油和天然气工业、发电工业、石油 化学工业等等。
[0010] 图2和图3显示了压缩机装置200 (图2)和压缩机装置300 (图3)的示例性实施 例的正面详图。在图2中，入口 202具有入口导向叶片组件216,其居于叶轮（例如图1的 叶轮112)的上游。入口导向叶片组件216具有多个带有叶片体220的入口导向叶片218。 当工作流体进入入口 202时，入口导向叶片218调节工作流体的流量。叶片体220与入口 202的内壁204相联接，其从靠近内壁204的第一端222延伸至靠近叶轮的中心轴线214的 第二端224。在一个示例中，叶片体220可围绕轴线226而运动（例如枢轴转动或旋转）。 压缩机装置200还包括促动器，其大体示出为如标号228所标识的结构。促动器228与入 口导向叶片218相联接，以改变叶片体220的定向。例如，促动器228的操作可能造成入口 导向叶片218旋转，这改变了入口 202的有效流动面积。
[0011] 如图3的构造中最佳所示，连同图中标出的其它构件（例如内壁304、叶片体320 的第一端322和旋转轴线326)，压缩机装置300包括流动引导器330 (也被称为"弹头 330"），其居于入口 302中。弹头330形成了多个沿周向围绕中心轴线314而布置的流腔 332。流腔332允许工作流体进入入口 302中。在图3的示例中，叶片体320终止于第二端 324上，其靠近腔332的下端和/或下表面。促动器328的操作可能造成入口导向叶片318 旋转，从而改变了腔332的有效流动面积。
[0012] 图4显示了用于控制压缩机装置400的操作的系统434的示意图。系统434包括 控制器436、操作条件传感器438、参数传感器440和可变速驱动器442,其与驱动单元410 相联接。控制器436可与驱动单元410通信一例如通过与可变速驱动器442通信，以造成 驱动单元410使速度从第一速度改变至第二速度。控制器436还可通过与促动器428通信 而与入口导向叶片组件416通信，以造成入口导向叶片418改变位置，例如从第一位置变至 第二位置。在一个实施例中，控制器436 (或系统434中的一个或多个其它装置）可通过网 络444与外围设备446(例如显示器、计算机、智能电话、膝上型电脑、平板电脑等等）和/ 或外部服务器448通信。
[0013] 控制器436的示例包括计算机以及具有处理器和存储器一其可储存和执行某些 可执行指令、软件程序等等一的计算装置。控制器436可能是独立单元，例如操作压缩机装 置400以及其它设备的控制单元的一部分。这种控制单元和/或控制器436可定位在远离 压缩机装置400处，通过无线和有线通信一例如通过网络444,而在压缩机装置400和控制 器436之间发生通信。在其它示例中，控制器436与压缩机装置400集成在一起，例如作为 操作驱动单元410和/或促动器428的硬件和/或软件的一部分。
[0014] 操作条件传感器438的示例提供了关于压缩机装置400周围的环境的信息。除了 其它测量值之外，该信息可包括周围温度、周围压力和相对湿度。如下面所述，系统434的 实施可使用该信息来确定操作设置（例如入口叶片导向器416的位置和驱动单元410的速 度），以利用这些操作条件达到所需的设定点，并且在一个特定的示例中，其将当前操作期 间的操作条件的设定点与压缩机装置的现场测试期间存在（prevail)的操作条件关联起 来。
[0015] 参数传感器440监测压缩机装置400的一个或多个操作参数。除了别的之外，这 些操作参数的示例包括流动参数（例如流率、流速、静压力、压头等等）和机械参数（例如 输入功率、电流、电压、扭矩等等）。参数传感器440可包括一个或多个对操作参数敏感的传 感器装置。这些传感器装置可体现为流量计、压力变换器、加速计和相似的构件。这样的装 置产生信号（例如模拟信号和数字信号），其对相对应的操作参数的测量值进行编码一该 装置构造为测量该测量值。
[0016] 参数传感器440的示例可与将能量从驱动单元410传递给叶轮412的轴或其它机 构相联接。