通分支38。至此，第二控制阀56逐渐地开启来逐渐地增大进入旁通分支34中的压缩的制冷空气流28的流动。同时，第一流动控制阀48逐渐地闭合，以逐渐地减少在增压器压缩机分支44内的压缩的制冷空气流28的流动。同时，由控制器140命令旁通分支中的第三阀56开启，以允许再循环分支44内的再循环流从增压器压缩机42的出口流至入口，以防止喘振。一旦旁通分支压力超过增压器压缩机分支压力，则止回阀54开启，阀52闭合，控制器140闭合阀56，并且增压器压缩机42停用。如上文所描述，当在本文和权利要求书中使用时，用语“停用”包含增压器压缩机42停机或其设置为在低压操作模式下的操作。在低压操作模式中，功率减小，并且压缩机在非常低的入口压力下和在减小的质量流率下操作。除再循环之外，低压操作模式将需要至压缩机的入口引导叶片的适合的调整。在任何情况下，关闭增压器压缩机42或将其设置在低压模式下将导致在液体生产的下调期间消耗较少的电力。
[0045]在这点处，清洗空气流引入增压器压缩机42中来防止未处理的空气进入。伴随着环境空气进入增压器压缩机42的问题在于环境空气并未已净化掉较高沸点的污染物；且在没有此类系统的情况下，较高沸点的污染物可进入主热交换器2和蒸馏塔3中并固化。清洗空气流由净化空气构成，并且可从来自操作的压缩机的放出流获得，操作的压缩机也在将工具空气供应至空气分离装备中使用。在此方面，如本领域中已知的那样，增压器压缩机42可设有迷宫密封件，其包绕压缩机推进器的外部部分，以防止高压空气从此类区域逃逸。在此类布置中，作用于压缩机的推进器上的力的平衡通过在平衡压缩机的入口处的压缩机眼侧力和作用于推进器的后侧处的力来获得。在推进器的后侧上的力由下列方式产生:通过从压缩机的入口到推进器的此类内部区域提供空气，通过作用于迷宫密封件外的推进器的外环形区域处和作用于迷宫密封件内的推进器的后侧的内圆形区域处的高压压缩空气。假定增压器压缩机42在停用时在低压模式下操作，则在增压器压缩机42的入口处的压力将为低的，典型地大约5psia。当第一流动控制阀48设置在完全闭合位置中时，止回阀60由于此类低压和工具空气的略微高的压力而开启。在这点处，阀62通过经由阀62与控制器140之间的电连接154来完成的控制动作来设置在开启位置中。此后，阀58借助于控制器140与阀58之间的电连接156来重设到开启位置中。清洗空气流从迷宫密封件简单地逃逸到压缩机的内部，并且通过蜗壳(volute)至压缩机的出口，以防止环境空气进入增压器压缩机42。替代此类操作，还有可能的是清洗空气流从压缩机的出口简单地散逸，并且经由阀58排出。
[0046]如可认识到的那样，进入空气分离装备I的空气的密度将由于诸如温度和湿度的因素而变化。然而，重要的是涡轮膨胀器64在高和低的液体生产率期间暴露于特定的压力比，并且到来的压力将对压缩的制冷空气流28的压力有影响，并且因此，对此类压力比有影响。优选地，为了补偿空气密度上的变化，压缩的输出流46的压力可受控制，以继而控制此类压力比。压缩的制冷空气流28的压力借助于压力传感器158来调节，压力传感器158生成可指示压力的信号，其发送至比例、积分和导数(“PID”)控制器160，比例、积分和导数控制器160继而生成控制信号来控制阀162的开启，以将此类压力保持在设置点处。当第一控制阀48设置在开启位置中且增压器压缩机42激活时，第一控制阀48可使用来调整进入增压器压缩机42中的进入压力。至此，可提供压力传感器164来生成给送至PID控制器166的可指示压力的信号。PID控制器166具有预编程的设置点，以调整第一控制阀48的开启来用于此类目的。
[0047]在上文描述的两个空气分离装备中，在期望较少液体时的下调操作模式期间，均必须取得较少液体。为此，提供了控制阀170和172来分别控制液氧产物流130和液氮产物流114的流动速率。如可认识到的那样，如果在下调生产模式期间，液氧产物和液氮产物的液体取回速率不变，则较低压力塔72内的富氧液体塔底产物104的水平将下降，导致较低压力塔74中的较少沸腾，以及较高压力塔70中的较少液氮逆流。在此方面，优选地的是保持富氧液体塔底产物104的水平恒定。因此，尽管未图示，但液体的流可由对液体流反应的本地PID控制器和由主控制器针对此类液体流设置的目标来控制。主控制器继而将对来自液位检测器的信号做出反应，液位检测器置于较低压力塔72内以测量富氧液体塔底产物104的液位水平。备选地，控制可为在进入液体生产的高模式和低模式时自动地重设控制阀。又一备选方案在于允许由装备操作人员手动控制。
[0048]如可认识到的那样，在液体的低生产率期间，作为液体的较少的氧和氮分子将从空气分离装备I除去。如果不进一步做任何事；且如果穿过主空气压缩机12的流动速率保持在恒定水平下，则气态产物的流动速率将增大，如，加压的氧产物流136。然而，常期望的是将此类流保持在恒定流动速率下。在此类情况下，主空气压缩机12的入口引导叶片13可调整成减少进入空气分离装备I的进入给送空气流10的流动，以将气体生产保持在恒定水平下。
[0049]简要参考图4，典型的涡轮膨胀器的效率的图解展示图示为特定速度(Ns)和特定直径(Ds)的函数，带有图示了等效率线。此图表图示了大的速度变化、压力比变化和体积流变化内的涡轮膨胀器的整个操作范围。在涡轮膨胀器64或任何涡轮膨胀器的情况下，当涡轮入口压力在恒定入口温度和恒定流动下变化时，穿过机器的体积增大，并且膨胀比降低。典型的设计实践是在点“C”附近操作机器，并且因此使设计效率最大化。在本发明的空气分离装备I中，其中涡轮入口压力变化来操纵液体生产率，这不是理想的选择。替代地，涡轮膨胀器应当设计成以便涡轮膨胀器能够在高液体生产(点“A”)和低液体生产(点“B”)的位置处操作，同时在保持两点处的高效率，同时并非必需在任一情况下达到峰值效率。通过选择跨越理想效率的点，确保了两点都在良好而非理想的效率区域中，使高液体生产率和低液体生产率两者中的性能惩罚最小化。在此方面，优选地的是，峰值效率与在高液体生产率或低液体生产率处之间的范围不大于百分之5。然而，有可能的是在恒定质量流下在点A和B之间的中间压力比处操作空气分离装备1，其中可达到理想效率。尽管本发明典型地将结合恒速增压器压缩机42来使用，但本发明还包含在将保持峰值效率处的变速增压器压缩机的使用。
[0050]即使低压力高体积的情况具有非常差的效率，涡轮膨胀器64也将操作。这归因于与增压器中的压缩相反的通过涡轮的膨胀的性质和热动力偏好性。然而，跨过所有操作范围，涡轮膨胀器64加载装置必须能够吸收生成的功率来防止超速。此负载可为发电机62的形式，联接到如US5，901，579中图示的齿轮箱上或者联接到油制动器或空气制动器上。然而，由结合本发明使用的涡轮膨胀器执行的功不应当在单个压缩机中直接地消散，例如，在增压器加载的涡轮膨胀器中，其中压缩机和涡轮膨胀器安装在普通小齿轮上。在此类情况下，在压力比跨过涡轮膨胀器变化时，涡轮膨胀器的速度将改变，并且因此压缩机的速度将改变。结果，操作范围将为窄的，因为当速度在低液体生产周期期间减小时，此类压缩机将朝喘振驱动。
[0051]在涡轮膨胀器(如，结合本发明使用的涡轮膨胀器64)中，因为涡轮膨胀器56上的压力是可变的，故涡轮膨胀器64必须考虑由在级上的眼和末梢压力中的变化引起的宽泛地变化的转子推力状态。如果这并未受控制，则在此类设备中使用的推进器可接触静止部件，驱动齿轮可过应力，或其它破坏可发生。如果涡轮膨胀器64直接地安装在如US5, 901，579中所示的整体结合的齿轮机器、平衡活塞、安装有推进器的平衡活塞和干气体密封件上，则此推力负载可使用本领域中已知的若干不同方案(如，能够承受此类负载的经典推力轴承、整体结合的齿轮推力套环)来减轻。应当注意的是，增压器压缩机42将经历负载中的类似的变化，并且因此，可结合上文所论述的器件来对抗高的可变推力负载。
[0052]尽管已参考优选实施例来描述本发明，但如本领域技术人员将想到的那样，可在不脱离如在所附权利要求书中阐述的本发明的精神和范围的情况下做出诸多变化、添加和省略。
【主权项】
1.一种在空气分离装备中分离空气的方法，包括: 在所述空气分离装备的蒸馏塔系统中精馏压缩、净化和冷却的空气，所述空气分离装备构造成产生至少一种液体产物，并且借助于使用并未直接地联接到在普通小齿轮上的所述空气分离装备的单个压缩机上的涡轮膨胀器来将制冷给予到所述空气分离装备中，所述制冷通过以下方式给予:在所述空气分离装备内形成压缩的制冷空气流、在涡轮膨胀器中膨胀所述压缩的制冷空气流来产生排出流、以及将所述排出流引入所述空气分离装备的所述蒸馏塔系统中； 通过下列方式来改变所述至少一种液体产物的生产:有选择地将所述压缩的制冷空气流引入具有增压器压缩机的分支的流动路径的增压器压缩机分支中，以进一步压缩所述压缩的制冷空气流且从而获得跨过所述涡轮膨胀器的较高压力比和较高生产率，或有选择地将所述压缩的制冷空气流引入旁通过所述增压器压缩机的所述分叉的流动路径的旁通分支中，从而获得跨过所述涡轮膨胀器的较低压力比和较低生产率； 所述压缩的制冷空气流通过以下方式引入所述增压器压缩机分支中:使所述压缩的制冷空气流从所述旁通分支逐渐地转移至所述增压器压缩机分支，激活所述增压器压缩机且循环在所述分叉的流动路径的再循环分支内从所述压缩机的出口流至所述压缩机的入口的再循环流，直到所述增压器压缩机的所述出口处的增压器压缩机分支压力超过所述旁通分支内的旁通压力，在此所述旁通分支内的所述再循环流和所述压缩的制冷空气流两者的流动暂缓； 所述压缩的制冷空气流通过以下方式引入所述旁通分支中:使所述压缩的制冷空气流从所述增压器压缩机分支逐渐地转移至所述旁通分支，同时在所述再循环分支中循环所述再循环流，直到所述旁通压力超过所述增压器压缩机分支压力，在此所述增压器压缩机停用，并且所述增压器压缩机分支内的所述再循环流和所述压缩的制冷空气流两者的流动暂缓。2.根据权利要求1所述的方法，其中: 所述压缩的制冷空气流在对空气进行冷却中使用的主热交换器中部分地冷却；以及 所述分支的流动路径连接到所述主热交换器的热端上。3.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述增压器压缩机停用时，使由净化空气构成的清洗空气流通过所述增压器压缩机来防止环境空气进入所述增压器压缩机。4.根据权利要求1所述的方法，其中: 液体流从所述蒸馏塔系统除去，并且分成第一支液体流和第二支液体流； 所述至少一种液体产物包括所述第一支液体流； 所述第二支液体流在所述主热交换器内加热来形成加热产物流；以及 在所述至少一种液体产物的生产减少期间，供应至所述空气分离装备的空气的空气流动速率减小来保持所述加热产物流的产物流动速率恒定。5.根据权利要求4所述的方法，其中: 所述蒸馏塔系统包括较高压力塔和在低于所述较高压力塔的压力下操作的较低压力塔，所述较低压力塔构造成进一步提炼在所述