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CN107917069B - 往复式压缩机流量感测 - Google Patents

往复式压缩机流量感测 Download PDF

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CN107917069B CN201710941548.XA CN201710941548A CN107917069B CN 107917069 B CN107917069 B CN 107917069B CN 201710941548 A CN201710941548 A CN 201710941548A CN 107917069 B CN107917069 B CN 107917069B
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Abstract

一种用于监测往复式压缩机的系统、方法和非暂时性介质，其使用传感器来确定设置在往复式压缩机中的阀的阀打开，以及确定往复式压缩机的活塞在阀打开时的第一位置。监测还包括使用传感器来确定阀的阀关闭，以及确定活塞在阀关闭时的第二位置。此外，监测包括至少部分地基于第一位置和第二位置来估计容积效率。

Description

往复式压缩机流量感测
技术领域
本文公开的主题涉及往复式压缩机，并且更具体地，涉及用于基于检测往复式压缩机的运行事件(例如，阀关闭)来估计流量的系统和方法。
背景技术
往复式压缩机可包括活塞，活塞被驱动成在腔室内来回移动，使得流体(例如，气体)被吸到腔室中且在腔室内被压缩。例如，腔室的一部分可设置在活塞上方。随着活塞沿第一方向(例如，远离腔室的部分)移动，该部分的容积增加，从而例如，通过吸气阀将气体吸到在活塞上方的腔室的部分中。随着活塞沿与第一方向相反的第二方向(例如，朝向腔室的部分)移动，该部分的容积减少，从而在腔室的该部分内压缩气体。在压缩气体的压力超过阈值时，排气阀可打开，使得压缩气体从腔室的该部分输出到别处和用于其它目的。
在一些构造中，压缩机可具有可调节容积。可使用感测系统来感测可变容积和恒定容积的压缩机的运行。但是，在单独的压缩机中使用流量传感器来直接测量可能是不切实际的，因为成本太高昂以及单独的流量传感器经过一段时间后不可靠。
发明内容
在下面概述在范围上与原本要求保护的发明一致的某些实施例。这些实施例不意于限制要求保护的发明的范围，这些实施例而是仅仅意于提供本公开的可行形式的简要概述。实际上，本公开可包含可类似于或不同于下面阐述的实施例的各种各样的形式。
在第一实施例中，一种用于监测往复式压缩机运行的方法包括使用传感器来确定设置在往复式压缩机中的阀的阀打开，以及确定往复式压缩机的活塞在阀打开时的第一位置。方法还包括使用传感器来确定阀的阀关闭，以及确定活塞在阀关闭时的第二位置。此外，方法包括至少部分地基于第一和第二位置来估计容积效率。
在第二实施例中，一种系统包括具有活塞和阀的往复式压缩机。系统还包括构造成监测阀的阀关闭的控制器。控制器包括处理器，处理器构造成从联接到往复式压缩机上的传感器接收阀打开的指示，以及确定活塞在阀打开时的第一位置。处理器还构造成从传感器接收阀关闭的指示，以及确定活塞在阀关闭时的第二位置。处理器构造成然后至少部分地基于第一和第二位置来估计容积效率。
在第三实施例中，一种非暂时性计算机可读介质包括可执行指令，当执行时，可执行指令使处理器从联接到往复式压缩机上的传感器接收往复式压缩机的阀的阀打开指示，以及确定往复式压缩机的活塞在阀打开时的第一位置。指令还使处理器从传感器接收阀关闭的指示，以及确定活塞在阀关闭时的第二位置。指令还使处理器至少部分地基于第一和第二位置来估计往复式压缩机的容积效率。
技术方案1. 一种用于监测往复式压缩机运行的方法，包括：
使用传感器来确定设置在所述往复式压缩机中的阀的阀打开；
确定所述往复式压缩机的活塞在所述阀打开时的第一位置；
使用所述传感器来确定所述阀的阀关闭；
确定所述活塞在所述阀关闭时的第二位置；以及
至少部分地基于所述第一位置和所述第二位置来估计容积效率。
技术方案2. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述传感器包括振动传感器。
技术方案3. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述传感器包括近程传感器。
技术方案4. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，估计所述容积效率包括：
确定所述第一位置和所述第二位置之间的距离；以及
将所述距离除以所述活塞在其中移动的膛孔的长度。
技术方案5. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，估计所述容积效率包括以下公式：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
其中Do是从所述活塞在其中行进的膛孔的端部到所述第一位置的距离，Dc是从所述膛孔的所述端部到所述第二位置的距离，并且lb是所述活塞的物理位移长度。
技术方案6. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述方法包括至少部分地基于估计的容积效率来计算通过所述往复式压缩机的流率。
技术方案7. 根据技术方案5所述的方法，其特征在于，计算所述流率包括使用以下公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
其中Ps是吸气压力，Ts是吸气时的温度，Zstd是在标准条件下被压缩的流体的压缩因数，Zs是在实际条件下在所述往复式压缩机周围的流体的压缩因数，并且DISP是所述往复式压缩机的移位量。
技术方案8. 根据技术方案6所述的方法，其特征在于，所述方法包括至少部分地基于计算的流率来运行所述往复式压缩机。
技术方案9. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述方法包括至少部分地基于计算的流率来运行所述往复式压缩机。
技术方案10. 一种系统，包括：
往复式压缩机，其具有活塞和阀；以及
构造成监测所述阀的阀关闭的控制器，其中，所述控制器包括处理器，所述处理器构造成：
从联接到所述往复式压缩机上的传感器接收所述阀打开的指示；
确定所述活塞在所述阀打开时的第一位置；
从所述传感器接收所述阀关闭的指示；
确定所述活塞在所述阀关闭时的第二位置；以及
至少部分地基于所述第一位置和所述第二位置来估计容积效率。
技术方案11. 根据技术方案10所述的系统，其特征在于，所述传感器包括振动传感器。
技术方案12. 根据技术方案10所述的系统，其特征在于，所述传感器包括近程传感器。
技术方案13. 根据技术方案10所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成至少部分地基于估计的容积效率来计算通过所述往复式压缩机的流率。
技术方案14. 根据技术方案10所述的系统，其特征在于，阀包括所述往复式压缩机的腔室的吸气阀。
技术方案15. 根据技术方案10所述的系统，其特征在于，所述阀包括所述往复式压缩机的腔室的排气阀。
技术方案16. 根据技术方案10所述的系统，其特征在于，所述系统包括多级压缩方案，其将所述往复式压缩机包括在多个级中的一个中，并且所述处理器构造成：
确定通过所述多个级中的各个的流量；
确定所述多个级中的相邻级之间的流量损失；以及
如果流量的变化超过阈值，则将所述损失归因于对应的级中或者它们之间的泄漏。
技术方案17. 一种非暂时性计算机可读介质，包括可执行指令，当执行时，所述可执行指令使处理器：
从联接到所述往复式压缩机上的传感器接收往复式压缩机的阀的阀打开的指示；
确定所述往复式压缩机的活塞在所述阀打开时的第一位置；
从所述传感器接收所述阀关闭的指示；
确定所述活塞在所述阀关闭时的第二位置；以及
至少部分地基于所述第一位置和所述第二位置来估计所述往复式压缩机的容积效率。
技术方案18. 根据技术方案17所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，所述传感器包括振动传感器。
技术方案19. 根据技术方案17所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，基于所述第一位置和所述第二位置之间的距离估计所述容积效率。
技术方案20. 根据技术方案17所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，所述指令构造成使所述处理器至少部分地基于估计的容积效率来计算流率。
附图说明
当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，其中相同符号在图中表示相同部件，其中：
图1是根据本公开的一方面的具有振动传感器的往复式压缩机的实施例的示意性横截面图；
图2是根据本公开的一方面的图1的往复式压缩机和振动传感器的实施例的示意性横截面图；
图3是根据本公开的各方面的往复式压缩机的生产曲线的实施例；
图4是根据本公开的各方面的显示感测到的阀事件的传感器数据的图表的实施例；
图5是根据本公开的各方面的活塞在图1的往复式压缩机的运行期间行进通过的膛孔的实施例的示意图；以及
图6是根据本公开的各方面的用于监测往复式压缩机的运行的过程的流程图。
具体实施方式
将在下面描述本发明的一个或多个具体实施例。为了致力于提供这些实施例的简洁描述，在说明书中可不描述实际实现的所有特征。应当理解，在任何这种实际实现的开发中，例如在任何工程或设计项目中，必须作出许多针对实现的决定来实现开发者的具体目标，诸如顺从与系统有关和与商业有关的约束，约束可能因实现的不同而改变。此外，应当理解，这种开发努力可能是复杂和耗时的，但对于享有本公开的好处的普通技术人员而言，不过是设计、加工和制造的例行工作。
当介绍本发明的各种实施例的要素时，冠词“一”、“一种”、“该”和“所述”意于表示存在一个或多个要素。用语“包括”、“包含”和“具有”意于为包括性，而且表示除了列出的要素之外可存在额外的要素。
公开的实施例采用传感器(例如，振动传感器、声音传感器或振动传感器)，传感器可在不知道压缩机的可变容积的几何构造的情况下用来间接地确定压缩机的流量和/或容积效率。传感器可测量基准数据(例如，声音或振动的指征(fingerprint))，以监测、诊断和/或控制往复式压缩机，更具体地，往复式压缩机的吸气阀和排气阀。当使用振动传感器来监测往复式压缩机时，偶尔振动传感器系统记录噪声，诸如在那时不可识别的异常或不合需要的噪声。另外或备选地，振动传感器可记录正常的噪声或期望噪声，其中之前已经识别和表征了该噪声。例如，可最初在工厂定基准过程期间表征在往复式压缩机的各种动作期间由往复式压缩机发出的噪声。可处理在定基准过程期间关于特定运行事件和状况(例如，排气阀和/或吸气阀关闭)的噪声信号，并且将它们存储在数据库中使其与一个或多个运行事件有关。在往复式压缩机的正常运行期间，可访问存储在数据库中的在定基准过程期间表征的与运行事件有关的数据，以确定运行噪声是否对应于在定基准过程期间表征的运行事件。
有利地，本文描述的技术可建立某些往复式压缩机声音或噪声的声音“指征”。指征(例如，分布、比较器和/或参考信号)可在定基准过程期间形成，如上面描述的那样，并且指征可对应于在定基准过程期间测试的特定运行事件(例如，阀打开或关闭)。应当注意，可在往复式压缩机的全面运行期间，或者在仅仅运行往复式压缩机的某些构件(例如，与定基准的运行事件(一个或多个)有关的构件)时，执行定基准过程。例如，在一些实施例中，可在部分或全面运行期间在工厂对往复式压缩机的各种运行事件的定基准。
在往复式压缩机的全面运行期间(例如，在定基准之后)，噪声可被振动传感器或振动传感器检测到，而且可处理得到的噪声信号且比较得到的噪声信号与跟往复式压缩机有关的各种指征(例如，分布、特性、比较器、参考信号、与别个不同的标记、与别个不同的表示等)。如果指征和经处理的噪声信号相对应或相互关联(例如，“匹配”)，则可确认信号对应于与指征有关的运行事件(例如，阀关闭)。还可处理噪声信号，以过程确定与对应于匹配指征和噪声信号的运行事件有关的时间敏感信息。例如，如果噪声信号匹配对应于吸气阀或排气阀的关闭的指征，则可关于时间来标绘噪声信号，以确定例如排气阀或吸气阀何时关闭。
另外，根据本公开的实施例，由传感器(一个或多个)(例如，爆震或近程传感器)记录或检测到的噪声可捕捉多个运行事件，即，往复式压缩机的多个吸气阀和/或排气阀的打开或关闭。可针对活塞的时间/移动来标绘对应于吸气阀和/或排气阀的打开或关闭的噪声信号的幅度，并且将其用来确定往复式压缩机的流率和/或容积效率。例如，可监测不同的吸气阀和/或排气阀的关闭之间的时段，以及可比较活塞在打开和关闭事件之间行进的距离与活塞的总冲程，以确定容积效率。容积效率可用来确定流量。这些参数可用来确定健康，和/或调节运行参数(例如，容积和/或RPM)。
转到附图，图1和2示出可变移位量(displacement)往复式压缩机10的一部分的实施例的横截面图，压缩机具有设置在汽缸16的腔室14中的活塞12，其中腔室14包括两个区段18、20，一个区段在活塞12任一侧上。例如，在图1中，活塞12沿第一方向(由箭头22指示)朝第一区段18移动且远离第二区段20，而在图2中，活塞12沿第二方向(由箭头24指示)朝第二区段20移动且远离第一区段18。
为了促动活塞12，轴26可从促动源(未显示)延伸到汽缸16中且通过活塞12。轴26可与活塞12刚性地联接或与其成一体。另外，促动源(未显示)可为任何适当的促动源，包括由马达驱动的曲柄轴。大体上，促动源使轴26和对应的活塞12沿第一方向22和第二方向24进行往复式运动。
如示出的实施例中显示的那样，活塞12将腔室14分成两个离散区段18、20。换句话说，区段18、20可在流体方面彼此隔开。活塞12可包括环28，环28接合或接触汽缸16的壁，以将腔室14的第一区段18与腔室14的第二区段20密封开。
往复式压缩机10还可包括与腔室14的区段18、20联接的一系列阀。例如，示出的实施例中的往复式压缩机10包括两个排气阀30和两个吸气阀32。在其它实施例中，往复式压缩机可包括超过两个排气阀30和超过两个吸气阀32，这取决于往复式压缩机10的腔室14中包括多少个区段18、20，以及/或者取决于往复式压缩机10中包括多少个汽缸16(并且因而，多少个对应的腔室14和活塞12)。如显示的那样，腔室14的各个区段18、20包括排气阀30中的一个和吸气阀32中的一个。
继续图1中示出的实施例，随着活塞12移动远离腔室14的第二区段20，第二区段20的大小(例如，容积)增加。腔室14的第二区段20的容积增加会在腔室14的第二区段20中的流体和在吸气阀32处与汽缸16的第二区段20联接的吸气歧管34之间引起压差(例如，真空)。随着压差超过与吸气阀32相关联的阈值压力，吸气阀32打开，从而使得在吸气歧管34和腔室14的第二区段20之间能够有流体连通。在吸气阀32打开之后，压差还使流体(例如，空气)通过第二区段20的吸气阀32被吸到(例如，吸取)腔室14的第二区段20中。因此，第二区段20充满流体(例如，空气)。
另外，随着活塞12朝图1中的腔室14的第一区段18移动，第一区段18的容积减小。因而，第一区段18内的流体(例如，空气)在活塞12朝第一区段18移动时压缩。在腔室14的第一区段18内的流体的流体压力(例如，空气压力)超过与第一区段18相关联的排气阀30的阈值压力之后，排气阀30打开。随着排气阀30打开，排气阀30使得在腔室14的第一区段18和在排气阀30处与汽缸16联接的排气歧管36之间能够有流体连通。由于腔室14的第一区段18中的流体和排气歧管36中的流体之间有压差，所以第一区段18内的压缩流体(例如，压缩空气)流向排气歧管36且流到其中。然后压缩流体输出到别处以实现其它目的。例如，压缩流体可由炼油厂、气体管线、化工厂、天然气处理、制冷厂、空气分离装置、生物气、肥料生产、气生器、加氢处理、聚合物生产、地下煤气存储或任何其它适当的系统或方法利用。
继续图2中示出的实施例，随着活塞12移动远离腔室14的第一区段18，第一区段18的大小(例如，容积)增加。腔室14的第一区段18的容积增加会在腔室14的第一区段18中的流体(例如，空气)和在吸气阀32处与汽缸16的第一区段18联接的吸气歧管34之间引起压差(例如，真空)。随着压差超过与吸气阀32相关联的阈值压力，吸气阀32打开，从而使得在吸气歧管34和腔室14的第一区段18之间能够有流体连通。在吸气阀32打开之后，压差还使流体(例如，空气)通过第一区段18的吸气阀32被吸到(例如，吸取)腔室14的第一区段18中。因此，第一区段18充满流体(例如，空气)。
另外，随着活塞12朝图2中的腔室14的第二区段20移动，第二区段20的容积减小。因而，第二区段20内的流体(例如，空气)在活塞12朝第二区段20移动时压缩。在腔室14的第二区段20内的流体的流体压力(例如，空气压力)超过与第二区段20相关联的排气阀30的阈值压力之后，排气阀30打开。随着排气阀30打开，排气阀30使得在腔室14的第二区段20和在排气阀30处与汽缸16联接的排气歧管36之间能够有流体连通。由于腔室14的第二区段20中的流体(例如，空气)和排气歧管36中的流体之间有压差，所以第二区段20内的压缩流体(例如，压缩空气)流向排气歧管36且流到其中。然后压缩流体输出到别处以实现其它目的，如上面描述的那样。
此外，图1和2的压缩机10可为可变移位量压缩机。因而，区段18和20的最大间隔或容积可为可变的。为了实现可变移位量，头38可通过对腔室添加额外的容积扩大腔室14。换句话说，头38可充当腔室14的壁。为了确保无泄漏，头38可包括减少或阻止头38周围的气体流的一个或多个垫圈39或其它抑制器。头38可滑动地移动，以使用螺杆40来调节腔室14的容积，螺杆40调节头38在压缩机10内的位置。螺杆40可使用控制装置42(例如，把手)来使头38沿任一方向移动到具有对应的容积的多个位置中的一个，控制装置42控制压缩机中的间隔量，以调节腔室14的最大容积。
通过扩大腔室14的最大容积，压缩机10有效地增加再膨胀时期，因为捕集在汽缸中的较大体积的流体在活塞26移动期间必须进一步移动，以再次膨胀到吸气压力。在压缩循环中，活塞26还沿着冲程进一步行进，以达到排气压力，因为要对更多体积加压。在阀打开时的排气冲程距离(或阀打开时的吸气冲程距离)与总冲程距离的比是排气(或吸气)容积效率。汽缸的容积效率(VE)越低，有效移位量就越少。降低VE会减少马力消耗(曲线内部的区域)和移动容量。
对于气体收集应用，当移位量增加时，流体(Q)的流率将降低，并且吸气压力将提高(假设对井头或总成没有压力约束/控制)。图3示出理论生产曲线的实施例55。如示出的那样，随着间隔增加，活塞26位移也增加，活塞26的位移和压力之间有直接关系。
在一些实施例中，可能够难以确定压缩机10内部的容积，因为容积是可变的。一些实施例在控制装置42、螺杆40或压缩机的其它部分上可包括量表43(例如，刻度尺)，量表43试图估计额外的部分44的容积，包括或不包括腔室14的容积，但这些努力可能不是准确的。由于可能难以确定容积，所以也可能难以确定流量。在一些情况下，用于各个气体压缩机单元的单独的流量传感器可能是不切实际和昂贵的。可改为使用流量传感器系统来确定流量和/或容积效率。在一些实施例中，可使用振动传感器和对振动传感器数据执行分析来实现这些虚拟流量传感器系统。
回到图1和2，往复式压缩机10(或其控制系统)可包括四个振动传感器60，各个振动传感器60与四个排气阀30或吸气阀32中的一个相关联。另外或备选地，可在压缩机10的任一侧上使用一个振动传感器60。例如，可使用单个振动传感器60来确定压缩机10的公共侧上的吸气阀30和排气阀32何时已经打开和/或关闭，而且可使用另一个振动传感器60来确定压缩机10的另一侧上的吸气阀30和排气阀32何时已经打开和/或关闭。
另外或备选地，可使用单个爆震传感器60来确定任一个吸气阀30何时已经打开和/或关闭，同时可使用第二振动传感器60来确定任一个排气阀32何时已经打开和/或关闭。备选地，一个振动传感器60可监测所有四个吸气阀30和排气阀32。实施例中示出的振动传感器60可为压电加速计、微机电系统(MEMS)传感器、霍耳效应传感器、磁致伸缩式传感器，以及/或者设计成感测(例如，阀30、32的)振动、加速度、声音和/或移动的任何其它传感器。在其它实施例中，传感器60可不是传统意义上的振动传感器，而是可感测振动、压力、加速度、偏转、接近性和/或移动的任何传感器(例如，激光传感器)。由于往复式压缩机10的撞击性质，当安装在汽缸16的内部或外部上时，振动传感器(一个或多个)60可能能够检测噪声特性。
往复式压缩机10还可包括压缩机控制单元(CCU)50，它包括处理器52和存储器54。存储器54包括非暂时性的有形的计算机可读介质，它存储了指令，指令构造成使处理器52执行具体动作，诸如本文论述的过程。
CCU 50与各个振动传感器60通信地联接。CCU 50的存储器54可存储计算机指令，CCU 50的处理器52可执行计算机指令。大体上，CCU 50例如通过监测排气阀30和/或吸气阀32的打开和/或关闭来监测和控制往复式压缩机10的运行。
有利地，本文描述的技术可使用CCU 50来接收来自振动传感器60的数据，然后通过针对时间标绘振动传感器60的数据来建立“噪声”特性。然后CCU 50可经历分析数据的过程，以得出正常(例如，已知和期望噪声)，而且在一些实施例中，得出异常特性(例如，未知或意外噪声)。然后CCU 50可表征特性，如下面更详细地描述的那样。通过提供特性分析，本文描述的技术可使得能够最佳和更高效地运行和维护往复式压缩机10。例如，通过分析单个排气阀30或吸气阀32的关闭循环之间的时间延迟或时段，CCU 50可确定阀30、32是否在合适的时间关闭。另外或备选地，通过分析两个不同的排气阀30和/或吸气阀32的关闭之间的时间延迟或时段，CCU 50可确定阀30、32是否相对于彼此在合适的时间关闭。在某些实施例中，CCU 50可为在压缩机10外部的系统，诸如外部计算系统。
图4示出图表100的实施例，它显示了在振动传感器(一个或多个)60测得的数据与吸气阀30的曲柄角移位量与排气阀32的曲柄角移位量之间的对应。如示出的那样，各个“爆震”102可对应于相应的阀的打开或关闭。例如，爆震102可按顺序对应于吸气阀30打开104、吸气阀30关闭106和排气阀32打开108。通过使用这些时段，可确定关于压缩机的信息。例如，单个吸气阀30的打开和关闭可用来估计容积效率(VE)。VE是吸到汽缸(在吸气冲程期间)的流体的体积与汽缸的容积的比。换句话说，VE是实际上被活塞26移动的流体的体积与其扫略容积的比。可使用公式1确定扫略容积：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
(公式1)
其中rb是膛孔26的半径，并且S是活塞26的行程。换句话说，扫略容积是活塞26在吸气或排气冲程期间行进通过的汽缸的容积。由于VE是移动的实际体积与膛孔内的容积的比，所以也可计算膛孔内的容积。可使用公式2计算膛孔的容积：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
(公式2)
其中lb是活塞的物理位移长度。可使用公式3估计VE：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
(公式3)
此外可消掉公式3的分子和分母中的πrb 2而形成公式4：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
(公式4)。
此外，冲程长度可估计为活塞26在一个或多个吸气阀30在吸气冲程中打开时的移动。在一些实施例中，可通过确定在检测到相应的阀已经打开(或关闭)时曲柄轴的角位置来确定这个长度。因而，可使用活塞26在检测到阀事件期间的位置来估计容积效率。
值得注意的是，可进一步用额外的校正因数来修改前述和以下公式，以考虑流量约束(例如，阀部分地打开)、压力损失或其它流量因数。
图5示出膛孔110的位于压缩机10内的部分的示意图。可使用对应于活塞的物理位移长度的长度112(例如，曲柄半径的两倍)和膛孔的半径114来计算膛孔110的容积。在活塞26的冲程期间，可确定阀(例如，吸气阀30)已经在第一活塞位置116处打开和在第二活塞位置118处关闭。可将在阀打开的情况下在第一活塞位置116和第二活塞位置118之间行进的距离120估计为以上公式4的冲程长度120。沿着膛孔的对应于活塞112的物理位移长度的长度的一些部分(诸如部分122和/或124)在活塞26横越这些区域时可能不吸入流体，从而降低压缩机10的容积效率。这些区域对应于在吸气冲程期间未吸到膛孔中和/或在排气冲程期间未从膛孔中排出的流体的体积。沿着待移动的冲程长度120被吸到膛孔110中的流体的其余体积与膛孔的总容积大致成比例，因为冲程长度与活塞的物理位移长度成比例。因而，可使用虚拟流量传感器系统来估计容积效率，虚拟流量传感器系统确定流体流何时出现和/或停止。
与可直接测量的其它信息一起，可在没有实际物理流量传感器和不知道往复式压缩机10的确切容积的情况下根据估计VE来确定流量。可使用以下公式5来计算体积流率(Q)：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
(公式5)
其中Ps是吸气的压力，Ts是吸气时的温度，Zstd是在标准条件下的流体的压缩因数，Zs是在实际条件下在吸气时的流体的压缩因数，DISP是汽缸的移位量，CL是作为移动的体积的小数(decimal fraction)的间隔量，R是跨越汽缸的压力比，并且N是在运行状况下的等熵容积指数。
容积效率与体积流率成比率，并且可使用以下公式6来确定容积效率：
Figure DEST_PATH_IMAGE016
(公式6)
换句话说，如公式7中示出的那样将VE代入到流率公式中
Figure DEST_PATH_IMAGE018
(公式7)。
因而，通过使用流量传感器和活塞26的位置来估计VE，可使用关于流体的属性，诸如压力、温度和压缩因数，以及与压缩机10有关的移位量属性，来估计通过压缩机10的流量。此外，可使用虚拟流量传感器系统而非在经济上不切实际、不可靠和/或难以实现的直接流量传感器来进行这些测量。
虽然前述讨论已经研究了容积效率和通过吸气阀的流量，但值得注意的是，类似原理可适用于排气阀和状态，以确定“排气效率”而非容积效率。换句话说，可修改容积效率公式，以用排气时的测量值代替吸气时的测量值。例如，可用排气时的温度代替吸气时的温度。容积效率试图沿流动方向从吸气侧测量效率，而排气效率试图沿反方向从排气侧测量效率。换句话说，可使用吸气阀，使用容积效率来确定压缩机的效率和/或流量，或者可确定使用排气阀，使用排气效率，来确定压缩机的效率和/或流量。
图6示出可用来确定压缩机10的流量特性或功率的过程200。在压缩机10的运行期间，CCU 50在第一时间处确定阀(例如，阀30)何时已经打开(框202)。例如，传感器60发送指示阀已经打开的数据。然后CCU 50确定活塞26在第一时间处的第一位置(框204)。随着活塞26移动，阀将关闭。CCU 50在第二时间处追踪这个阀何时关闭(框206)。例如，传感器60发送指示阀已经关闭的数据。CCU 50在第二时间处确定活塞26的第二位置(框208)。CCU 50基于确定的阀的打开和关闭来估计压缩机10的容积效率(框210)。例如，CCU 50可使用公式8来确定容积效率：
Figure DEST_PATH_IMAGE020
(公式8)。
其中Do是到打开时的第一位置的距离，并且Dc是到第二位置的距离。
CCU 50可使用容积效率来运行压缩机10。例如，如果容积效率低于阈值，则CCU 50可减少压缩机10的容积和/或增加压缩机10的RPM。CCU 50还可包括用于运行压缩机10的其它指示。例如，CCU 50可至少部分地基于估计的容积效率来计算通过压缩机10的流率(框212)。除了容积效率之外，可使用诸如温度、压力或其它感测值的额外的测量值，来确定这些额外的运行指示(例如，流率)。除了容积效率或者代替容积效率，这些额外的运行指示可用来运行压缩机10。
此外，由于可对多级压缩机的各个级确定通过压缩机的汽缸的流量，所以可从这样的测量值中得出通过多级压缩机的泄漏。例如，如果流量从第一级到第二级下降了超过阈值百分比，则流量损失可归因于第一级泄漏、第二级泄漏，以及/或者第一级和第二级之间的泄漏。

Claims (20)

1.一种用于监测往复式压缩机运行的方法，包括：
使用传感器来确定设置在所述往复式压缩机中的阀的阀打开；
确定所述往复式压缩机的活塞在所述阀打开时的第一位置；
使用所述传感器来确定所述阀的阀关闭；
确定所述活塞在所述阀关闭时的第二位置；
至少部分地基于所述第一位置和所述第二位置来估计容积效率；以及
如果所述容积效率低于阈值，则增加所述往复式压缩机的每分钟转数值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传感器包括振动传感器。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传感器包括近程传感器。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，估计所述容积效率包括：
确定所述第一位置和所述第二位置之间的距离；以及
将所述距离除以所述活塞在其中移动的膛孔的长度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，估计所述容积效率包括以下公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中Do是从所述活塞在其中行进的膛孔的端部到所述第一位置的距离，Dc是从所述膛孔的所述端部到所述第二位置的距离，并且lb是所述活塞的物理位移长度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括至少部分地基于估计的容积效率来计算通过所述往复式压缩机的流率。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，计算所述流率包括使用以下公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中Ps是吸气压力，Ts是吸气时的温度，Zstd是在标准条件下被压缩的流体的压缩因数，Zs是在实际条件下在所述往复式压缩机周围的流体的压缩因数，并且DISP是所述往复式压缩机的移位量。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法包括至少部分地基于计算的流率来运行所述往复式压缩机。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法包括至少部分地基于计算的流率来运行所述往复式压缩机。
10.一种用于监测往复式压缩机运行的系统，包括：
往复式压缩机，其具有活塞和阀；以及
构造成监测所述阀的阀关闭的控制器，其中，所述控制器包括处理器，所述处理器构造成：
从联接到所述往复式压缩机上的传感器接收所述阀打开的指示；
确定所述活塞在所述阀打开时的第一位置；
从所述传感器接收所述阀关闭的指示；
确定所述活塞在所述阀关闭时的第二位置；
至少部分地基于所述第一位置和所述第二位置来估计容积效率；以及
如果所述容积效率低于阈值，则增加所述往复式压缩机的每分钟转数值。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述传感器包括振动传感器。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述传感器包括近程传感器。
13.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成至少部分地基于估计的容积效率来计算通过所述往复式压缩机的流率。
14.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，阀包括所述往复式压缩机的腔室的吸气阀。
15.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述阀包括所述往复式压缩机的腔室的排气阀。
16.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述系统包括多级压缩方案，其将所述往复式压缩机包括在多个级中的一个中，并且所述处理器构造成：
确定通过所述多个级中的各个的流量；
确定所述多个级中的相邻级之间的流量损失；以及
如果流量的变化超过阈值，则将所述损失归因于对应的级中或者它们之间的泄漏。
17.一种非暂时性计算机可读介质，包括可执行指令，当执行时，所述可执行指令使处理器：
从联接到往复式压缩机上的传感器接收所述往复式压缩机的阀的阀打开的指示；
确定所述往复式压缩机的活塞在所述阀打开时的第一位置；
从所述传感器接收所述阀关闭的指示；
确定所述活塞在所述阀关闭时的第二位置；
至少部分地基于所述第一位置和所述第二位置来估计所述往复式压缩机的容积效率；以及
如果所述容积效率低于阈值，则增加所述往复式压缩机的每分钟转数值。
18.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，所述传感器包括振动传感器。
19.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，基于所述第一位置和所述第二位置之间的距离估计所述容积效率。
20.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于，所述指令构造成使所述处理器至少部分地基于估计的容积效率来计算流率。
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