用于检测压缩空气系统泄露的方法与流程

1.发明领域

本公开总体上涉及用于监控装置的设备，并且更特别地涉及用于检测压缩空气系统的空气泄露的系统和相关方法。

2.相关技术的讨论

美国能源部研究指出泄露是具有压缩机的压缩空气系统中浪费的能源的重要的来源，通常浪费掉多达压缩机输出的20-30％。在一种场景下，这项研究估计典型的压缩空气系统中的10×1/4英寸的泄露每年可花掉多于10,000美元。找出泄露的最常见方法之一是使用超声波声学探测器，其检测与逸出的压缩空气相关联的高频声音。采用这样的超声波探测器的定期检查可能是耗时的，其要求技术人员检查每个使用压缩空气的工具以及检查压缩空气系统的每个部分。

发明概述

本公开的一个方面涉及一种检测具有压缩机的压缩空气系统中的泄露的方法。在一个实施例中，方法包括：配置电气监控器以测量指示所述压缩机的运行的一个或多个电气参数；识别在其期间所述压缩机未被使用的时间段；分析所识别的时间段中的一个或多个识别的时间段期间的压缩机的运转时间和压缩机运行之间的间隔以建立空气泄漏的基线；继续分析当所述压缩机未被使用时所述压缩机的运转时间和压缩机运行之间的间隔；当运转时间和所述压缩机运行之间的间隔与所述基线不相同时，通知 一个或多个用户。

方法的实施例还可包括：当配置电气监控器以测量一个或多个电气参数时，捕获并记录每次所述压缩机运行的压缩机运转时间。所述一个或多个电气参数可以包括所述压缩机的开启(ON)状态和关闭(OFF)状态。示例参数可以包括千瓦(kW)、无功千伏安(kvar)、千伏安(kWA)或平均相电流。可以选择标记所述压缩机的开启状态和关闭状态之间的边界的参数值。所述压缩机的运行可以包括启动时间和停止时间，其中启动时间被定义为从关闭状态到开启状态的改变，而停止时间被定义为从开启状态到关闭状态的改变。所述监控器可以定期记录参数值，并且接收记录数据的控制器可以确定所述压缩机的启动、停止及运转时间。所述监控器可被配置成直接记录压缩机运转时间(在所述压缩机切换开启时采用设定点以启动定时器并在所述压缩机切换关闭时捕获所述定时器的值)。在其期间所述压缩机未被使用的时间段由指定时间段识别，其包括一天的几个小时之间或一周的几天或预定的轮换(shift)之间。当预定间隔内的压缩机能耗低于阈值时可以识别在其期间所述压缩机未被使用的时间段。可以通过检查预期模式的运转持续时间和所述压缩机运行之间的间隔来识别在其期间所述压缩机未被使用的时间段。可以分析所述压缩机运转时间和压缩机运行之间的间隔以建立所述压缩空气系统中空气泄露的基线值。可以通过生成数个未被使用的时间段内运转时间和所述压缩机运行之间的间隔的基线汇总值来建立所述基线值。运转时间和所述压缩机运行之间的间隔的当前汇总值可以针对当前未被使用的时间段生成并与所述基线汇总值相比较。如果所述当前汇总值与所述基线汇总值相差一预定量，则可以向一个或多个用户发送通知。所述预定量可被表示为所述基线汇总值与所述当前汇总值之间统计上的显著差异。所述预定量超过代表用户感兴趣的空气泄漏中的增加或减小的阈值。用户可以配置所述监控系统以在预定间隔报告当前汇总值。

现在将参考附图、详细描述及权利要求对本公开的这些及其他特征和优点进行更详细地描述。

仍然在下文中对其他方面、实施例以及这些示例性方面和实施例的优 点进行详细讨论。本文公开的实施例可以以与本文公开的原理中的至少一个相一致的任何方式与其它实施例相结合，并且对“实施例(an embodiment)”、“若干实施例(some embodiments)”、“可选实施例(an alternate embodiment)”、“各种实施例(various embodiments)”、“一个实施例(one embodiment)”等等的参考不一定相互排斥，而是旨在指示所描述的特定特征、结构或特性可以被包括在至少一个实施例中。本文这些术语的出现不一定都指的是同一实施例。

附图说明

下面参考附图对至少一个实施例的各个方面进行讨论，附图不旨在按比例绘制。图形被包括以提供对各个方面及实施例的说明和进一步理解，并且被并入本说明书并且构成本说明书的一部分，但不旨在被定义为对本发明的限制。在图中的技术特征、详细描述或任何权利之后的参考符号处，参考符号已经被包括以为了增加图形和描述的可理解性的唯一目的。在图形中，在各个图形中示出的每个相同或几乎相同的组件由相似的数字来表示。为了清楚起见，并非每一个组件都可以被在每一个图形中进行标注。在附图中：

图1是用于检测在具有压缩机的压缩空气系统中的泄露的方法的示意图；

图2是示出功率(kW)与时间的空气压缩机功率分布图的曲线图；

图3A是示出当压缩空气系统处于使用时的功率(kW)与时间的空气压缩机功率分布图的曲线图；

图3B是示出当压缩空气系统未被使用时的功率(kW)与时间的空气压缩机功率分布图的曲线图；

图4A是示出运转时间与时间的空气压缩机的曲线图；以及

图4B是压缩机运行之间的间隔与时间的曲线图。

本发明的详细描述

本公开不将其应用限于以下的描述中阐述或附图中示出的组件的构造和布置的细节。本公开内容能够有其他实施例并且能够被以各种方式来实践或实施。另外，本文使用的措辞和术语是为了描述的目的并且不应该被认为是限制性的。在本文中的“包括(including)”、“包含(comprising)”或“具有(having)”、“含有(containing)”“涉及(involving)”以及其变型的使用意图包括其后列出的项和其等同物以及附加的项。

本公开涉及一种为了指示压缩空气泄露中的增加(或减小)的运行中的变化而监控空气压缩机的方法。电气监控器被配置成测量与压缩机运行相关的一个或多个电气参数并从所测量的数据获得压缩机运转时间。在压缩空气不被使用时的时间段期间分析每次运转持续时间(和压缩机运行之间的间隔)。大多数的压缩空气系统存在一些空气泄漏，并且这种持续的空气泄漏导致了简短的空气压缩机运行的规律模式。该模式中的变化指示了空气泄漏中的变化，随着空气泄露的增加导致以下项中的一者或两者：(a)运转持续时间的增加；和(b)压缩机运行之间的间隔的减小。

参考图1，压缩空气系统泄漏检测方法通常由10来指示。在一个实施例中，本方法包括配置与所述压缩空气系统相关联的电气监控器以测量指示压缩机运行的一个或多个电气参数。该方法步骤通过图1中的12来指示。该监控器被配置成捕获并记录每次所述压缩机运行的压缩机运转时间。在一些实施例中，该监控器与被设置有压缩空气系统和/或压缩机的控制器或CPU相关联。

方法10还包括识别在其期间压缩空气系统未被使用的时间段。未被使用的时间段可以通过所述监控器显示和/或存储在与压缩空气系统和/或压缩机相关联的控制器内。该方法步骤通过图1中14来指示。

方法10还包括分析在步骤14中所识别的时间段中的一个或多个时间段期间的压缩机运转时间和压缩机运行之间的间隔。一旦分析完成，则建立起空气泄漏的基线。该方法步骤通过图1中的16来指示。

当压缩空气系统未被使用时，继续分析压缩机运转时间和压缩机运行 之间的间隔。该方法步骤通过图1中的18来指示。当运转时间和/或压缩机运行之间的间隔与基线不同时，通过将通知提供给监控器来通知操作员。该方法步骤通过图1中的20来指示。

在步骤12中，电气监控器被配置成测量指示空气压缩机运行的电气参数。有用参数为清楚显示所述空气压缩机的启动和停止的那些参数，并且示例参数包括千瓦(kW)、无功千伏安(kvar)、千伏安(kWA)和平均相电流。选择标记压缩机的开启状态和关闭状态之间的边界的参数值。压缩机的运行由启动时间和停止时间组成，其中启动时间被定义为从关闭状态到开启状态的改变，而停止时间被定义为从开启状态到关闭状态的改变。压缩机运转时间被定义为启动时间和停止时间之间的时间段。

在一个实现中，所述监控器定期记录参数值，并且接收该记录数据的控制器或中央处理器确定所述压缩机的启动时间、停止时间及运转时间。在另一个实现中，所述监控器被配置成直接记录压缩机运转时间(在所述压缩机切换开启时采用设定点以启动定时器，并在所述压缩机切换关闭时捕获定时器的值(运转时间))。

作为示例，可参考图2所示的空气压缩机运行的曲线图。该曲线图显示随时间推移的压缩机的功率使用(以kW为单位)，其中当关闭时所述压缩机消耗少量功率(低于1kW)，并且当运行时消耗多得多的功率(超过1kW)。为了实现步骤12，监控器可被配置成在压缩机消耗超过1kW功率时测量总kW并跟踪运转时间。当压缩机消耗超过1kW时压缩机启动定时器，当压缩机消耗小于1kW时停止定时器，并记录压缩机运行的运转时间(采用时间戳)。

在步骤14中，识别在其期间压缩空气系统的压缩机未被使用的时间段。这些未使用时段可以为指定的时间段，例如一天的几个小时之间，或一周内的几天，或预定的轮换之间。可选地，当在某个间隔(例如每小时的)的压缩机能耗低于某个阈值时，未使用时段可以被识别。

检测未使用时段的另一种方式是检查预期模式的运转持续时间和压缩机运行之间的间隔。在未使用时段期间，这种模式为简短、一致的运转持续时间和压缩机运行之间的一致的间隔中的一个。然而，当压缩空气系 统被使用时，运转持续时间和压缩机运行之间的间隔变化很大。可以定义运转时间和/或压缩机运行之间的间隔的阈值来识别未使用时段。针对最小连续时段，例如在至少十二个小时的连续时段内的压缩机运行之间的至少二十五分钟的间隔，这些阈值将通常被定义。

作为示例，可参考图3A和3B中所示的图表。图3A示出了当压缩空气系统使用时的压缩机的功率分布图，并且压缩机运转时间和压缩机运行之间的间隔的变化是明显的。在另一方面，图3B示出了当压缩空气系统的压缩机未被使用时具有一致的运转时间的压缩机运行之间的有规律的间隔。

在步骤16中，分析压缩机运转时间和压缩机运行之间的间隔以建立压缩空气系统中的空气泄漏的基线。通过生成数个未被使用的时段内的运转时间和压缩机运行之间的间隔的汇总值建立基线值。作为示例，可以通过获取在数个未使用时段内的运转时间和压缩机运行之间的间隔的平均值和标准偏差来生成汇总值。

在步骤18中，运转时间和压缩机运行之间的间隔的汇总值在当前未被使用的时段生成并与基线汇总值相比较。如果当前的汇总值与基线汇总值相差某预定量，则通知被向一个或多个用户发送并且在监控器上显示。预定量可被表示为基线汇总值与当前汇总值之间统计上的显著差异。可选地，除了要求差异中的统计上的显著性之外，预定量还需超过代表用户感兴趣的空气泄漏中的增加或减小的阈值。可选地，用户可以配置监控系统以在预定的间隔(如每周)报告当前汇总值，并且可选择地将其与基线汇总值相比较。

作为示例，在图4A和4B中分布示出了压缩机运转时间和压缩机运行之间的间隔中明显的模式。图4A是示出了压缩机运转时间(随着时间的推移)中的变化的图表，其中两个未使用时段被标记在该图表上。图4B与图4A覆盖相同的时间跨度，其示出了随着时间的推移在压缩机运行之间的间隔中的变化，其中相同的两个未使用时段被标记在图表上。尽管在未使用时段之间的运转时间中没有变化在图4A中是明显的，但是在图4B中未使用时段之间可视的压缩机运行之间的间隔中存在差异。较早未使用 时段有大约1400秒的间隔，而稍后未使用时段有略高于1500秒的间隔。由于稍后未使用时段具有压缩机运行之间的更长的间隔，所以压缩空气系统中发生了一些变化以减小空气泄露。

当检测到压缩机运转时间和/或压缩机运行之间的间隔中的足够大的差异时，通知被向一个或多个用户发送。知道变化在何时发生可以帮助技术员锁定压缩空气系统的特定部分。作为示例，如果将一台新设备附接到所述压缩空气系统时出现空气泄漏的增加，则技术人员可以从对该新设备的检查开始。

该通知可以包括描述空气泄漏的变化的附加细节。该通知可以简单地说明当前汇总值和基线汇总值之间的差异。可选地，该通知可以报告在运行方面中的变化，描述由空气泄漏的变化所表示的每月压缩机运行数量中的增加或减小。监控系统可以可选择地被配置成捕获每次压缩机运行期间所耗的能量，并计算因空气泄漏变化引起的能量损耗的某平均值(如移动平均值)、增加或减小。能量损耗的变化还可以被计算为随时间推移的累计总和。如果监控系统获得能源成本信息，则可以将能源损耗的增加或减小报告为移动平均成本或累计总成本。

本文中所描述的方法的实施例还可用于采用泵和压缩机以将液体或气体在一定压强或水平下保持在储罐中的情况下的应用，且存在在其期间从该储罐汲取的系统未被使用的时段。

也可使用其他传感器，如燃料消耗流量传感器。

将传感控制器设计成从各个指示器接收代表性信号。该控制器可包括放大器、带通滤波器、数据存储单元、CPU、计量桥、A/D转换器以及如本领域中公知的其他装置。例如，所述处理器可以如有必要将模拟信号转换成数字信号。该控制器可包括计算器、定时和其他电路、转换器软件、存储容量以及累积的数学计算。

该传感控制器可以包括许多部件且位于现场或场外或部分位于场外。即，该控制器并不局限于单个物理位置。该控制器可以计算或监控现场的一些参数同时将这些或其他参数传输到场外的控制室。例如，现场的监控 和控制可以包括实际的或即将发生的故障情况下的紧急关闭控制。该控制器可用于控制压缩机的运行。典型地，至少控制器的某个功能对压缩机地点是远程的。

该传感器控制器可以起到执行装置的逻辑功能的中央处理单元的作用。该控制器可以包括单个计算机或多个计算机或其他计算器设备。该控制器可位于现场或远离压缩机。预计该控制器最有可能远离所述压缩机并将从遍布在范围很广的地理区域的多个压缩机接收数据。该控制器可以包含微处理器、数字输入和输出子系统、以及存储器容量，其中存储各种数学和分析程序和软件以及关于被分析的压缩机的常量数据。控制器的主要功能之一是采用代表性数据信号计算所述压缩机在预定的时间间隔期间执行的功。该控制器可以包括用于重复计算性能参数的必要公式。优选地，结合其他传感器和发送器/接收器对，该控制器允许对压缩机进行连续的实时监控。随后可以进行并监控实时和连续的功计算。

也可进行其他的计算，如基于压力测量的功和功率的计算。然后测量和计算的结果可用于压缩机的效率和使用的优化。即，可以采用来自所述计算机的结果数据以调节所述压缩机的运行以使单元的效率最大化。在数个压缩机单元正被同时监控的情况下，可以调节各个压缩机以实现流水线运行整体上的效率最大化。然后压缩机控制器(基于人或软件)使用压缩机利用率、健康和完整性以通过优化的方式影响运行。压缩机单元的优化和调整可以通过远程传输或直接操纵手动完成或通过计算机优化软件的使用而自动完成。

优化还可包括自动关闭，其中测量参数指示故障或灾难性故障的危险。

在一个实施例中，该控制器可以包括许多部件且位于现场或场外或部分位于场外(相对于压缩机)。具体地，该控制器可以并不局限于单个的物理位置。该控制器可以计算或监控现场的一些参数同时将这些或其他参数传输到场外的控制室。例如，现场的监控和控制可以包括实际的或即将出现的故障情况下的紧急关闭控制。该控制器将用于控制压缩机的运行。典型地，至少控制器的某个功能远离压缩机地点。该单元控制器可以起到执行装置的逻辑功能的中央处理单元的作用。该控制器可以包括单个计算 机或多个计算机或其他计算器设备。该控制器可位于现场或远离压缩机。该控制器可以包含微处理器、数字输入和输出子系统、存储器容量，其中存储各种数学和分析程序和软件以及关于被分析的压缩机的常量数据。控制器的主要功能之一是采用代表性数据信号计算所述压缩机在预定的时间间隔期间执行的功。该控制器可以包括用于重复计算性能参数的必要公式。优选地，该控制器、其他传感器和发送器/接收器对允许对压缩机进行连续的实时监控。随后可以进行并监控实时和连续的功计算。

至此描述了本公开的至少一个实施例的若干方面，可以理解，本领域的技术人员将容易想到各种更改、修改和改进。这些更改、修改和改进旨在成为本公开的一部分，并旨在落入本公开的精神和范围之内。因此，上述描述和附图仅仅通过示例的方式来进行。