[发明专利]用于调节串联连接的低温压缩机的转速的方法

说明书

本发明涉及一种用于调节串联布置的用于压缩流体且特别是低温氦的压缩机的转速的方法，其中，预先限定在布置在最上游的压缩机的进口处流体应当具有的设定入口压力，检测所述进口处的流体的实际入口压力，检测布置在最下游的压缩机的输出处的流体的实际排放压力，检测实际总压力比，其中实际总压力比对应于实际出口压力与实际入口压力的商，并且基于实际入口压力与设定入口压力的偏差确定比例积分值，基于比例积分值和实际总压力比确定容量因子，基于实际总压力比和容量因子确定模型总压力比，确定每个压缩机的约减设定转速，其中将各自的约减设定转速确定为与相应压缩机相关联的调节函数的函数值，该函数将约减设定转速分配给包括容量因子和模型总压力比的每个值对，并且使用为每个压缩机确定的约减设定转速设定每个压缩机的转速。

本发明涉及一种用于控制串联布置的用于压缩流体(特别是低温氦)的压缩机的转速(speed，速度)的方法。

这种压缩机，特别是涡轮压缩机在现有技术中是已知的，并且典型地 具有轴，所述轴具有直接连接至轴的至少一个叶轮(压缩机轮)或转子叶 片，在轴旋转期间通过所述叶轮或转子叶片压缩流体。在本发明的上下文 中，压缩机的转速被理解为意味着每时间单位轴围绕轴的轴线的完整旋转 (360°)数。压缩机(诸如涡轮压缩机)特别地被细分为径向压缩机和轴 向压缩机。在径向压缩机的情况下，流体轴向地流动至轴并且在径向向外 的方向上偏转。然而，在轴向压缩机的情况下，待压缩的流体在平行于轴 的方向上流过压缩机。

在一些冷却系统中，需要通过液体(并且特别是通过超流体氦)在1.8K 和4K之间进行极端冷却。所述温度落入范围在1.8K和2.2K之间的所谓低 的低温温度内。在这种系统的冷却期间，根据系统上的负载，不同数量的 氦蒸发。通常，这种系统的蒸气压在15毫巴至50毫巴之间。根据施加至 系统的负载，用于冷却的氦的蒸发率增大或减小，其导致经由氦的液相的 不同压力。为了将蒸汽压力调整为几乎恒定的值，使用所谓的压缩机系统， 其通常包括多个径向压缩机和/或涡轮压缩机，也被称为涡轮鼓风机。涡轮 压缩机具有性能图，其在给定转速和压缩机进口处的给定吸入状态的情况 下限定上限质量流和下限质量流。通过在压缩机的叶片排内部中达到马赫 数1给出上限。该限度在性能图中被称为阻塞(choke)特性。在阻塞操作 中压缩机的效率急剧下降。由压缩机的叶片边缘处的质量流率的分离限定 下限，其表现为振动，并且导致在压缩机上的不期望的瞬时压力均衡。这 种现象被称为喘振(surging)。压缩机的性能图中的相应特性被称为泵特性 或喘振特性。因此通过旁路，从喘振状态返回到正常运行状态成为可能， 其为相应压缩机提供足够大的质量流，使得压缩机在性能图内再次运行。 然而，所述效果是不期望的，因为系统的收益能力因此受到不利的影响。

控制串联连接的压缩机是困难的，特别是因为压缩机的控制影响后续 的压缩机的状态/控制需求。系统入口处的温度变化和压力变化可以级级增 大，换言之，从之前的压缩机到下游的压缩机而增大。此外，压缩机系统 在大约4K的吸入温度下运行。在这些温度下，金属的比热非常低，并且因 此在由金属制成的这种压缩机中可以非常迅速地发生温度波动。然而，因 为所述温度变化与干扰极为相关，因此这种压缩机系统的波动性显著增大。