CN101025310B - 压缩机冷却系统 - Google Patents

Abstract

一种压缩机系统，其包括一个压缩机、一个制冷系统、一个驱动部件和一个冷却道。该压缩机可操作以产生压缩流体流。该制冷系统包括一个蒸发器，并且制冷剂流流经该蒸发器并可操作以冷却该压缩流体流。该驱动部件联结于压缩机，并可操作以驱动该压缩机。该冷却道从该蒸发器的下游一点延伸至该压缩机的上游一点处。冷却道的至少一部分与该驱动部件具有热交换关系。

Description

压缩机冷却系统

背景技术

本发明涉及一种用于压缩机系统的冷却系统。更具体地说，本发明涉及一种配置用于冷却压缩机系统部件的制冷系统。

压缩机组件通常包括由驱动部件驱动的产生压缩流体流的压缩机。形成压缩流体流的过程会产生大量热量。一般来说，该压缩流体流流出压缩机时的温度很高。因此，在利用该流体流之前，应该将其冷却。更进一步地，压缩过程所产生的热量同时升高了流体的温度，如用于压缩机润滑、密封和冷却的机油。此外，压缩机系统的其他部件，如驱动部件、可变频率驱动器和控制系统在某些情况下会产生大量不需要的热量，以致于损坏这些部件或缩减它们的使用寿命。

发明内容

在一个实施例中，本发明提供了一个压缩机系统，该压缩机系统包括用于产生压缩流体流的压缩机和具有蒸发器的冷却系统。该蒸发器内有制冷剂流通，可操作用于冷却压缩流体流。该压缩机系统还包括联结在压缩机上的可操作以驱动压缩机的驱动部件。冷却道从蒸发器下游的一点延伸至压缩机上游的一点处，其中冷却道的至少一部分与驱动部件具有热交换关系。

本发明在另一个实施例中提供了一种操作流体压缩机系统的方法，该方法包括将压缩机联结于驱动部件，以及操作该驱动部件以使压缩机相应地产生压缩流体流。该方法还包括使制冷剂流在蒸发器内流动从而冷却压缩流体流，以及将从蒸发器流出的制冷剂流传导至回流管路。该制冷剂流的一部分由回流管路被引导至驱动部件，用于冷却该驱动部件。

在另一个实施例中，本发明提供了一种流体压缩系统，该流体压缩系统包括多个可操作的提供压缩流体流的压缩机以及多个驱动部件。每个驱动部件都与其中一个压缩机相联结，并可操作以驱动该压缩机。该系统还包括冷却系统，其包括制冷压缩机，可操作的用于压缩和释放制冷剂流。该制冷剂流与压缩流体流具有热交换关系，从而该制冷剂流冷却压缩流体流。冷却道布置为接纳一部分制冷剂流。冷却道的至少一部分布置为与多个驱动部件之一具有热交换关系，从而冷却该多个驱动部件之一。

通过以下的具体描述及附图，本发明的其它方面将得到更清晰的体现。

附图说明

图1为本发明实施的一个压缩机系统的示意图。

图2为图1所示压缩机系统一部分的示意图。

图3为本发明实施的另一压缩机系统的示意图。

在具体描述本发明的实施例之前，应该了解的是，本发明在实际应用中，并不受以下叙述或附图所描述的具体结构和元件配置的限制。本发明可具有其它实施例的形式，并可以不同的方式实现。同样，应该了解的是，此处所使用的措辞和术语，其目的是为了进行描述，而不是为了进行限制。本文所使用的“包括”、“包含”或“具有”及其变体是为了将其后所列的项目和等价物以及附加项目包括在其中。若非特别指明或明确做出限制，文中所广泛使用的术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联结”及其变体是为了包括所有直接和间接安装、连接、支撑和联结的物件。此外，“连接”和“联结”并不限制在物理或机械连接的范畴内。

具体实施方式

图1示意性地示出了压缩机系统10，该系统包括压缩机组件12和制冷系统14。图中所示的压缩机组件12包括压缩机16、驱动部件18、可变频率驱动器(VFD)20和控制系统22。

压缩机16可为任意适合的压缩机形式，如旋转螺杆压缩机、离心式压缩机，或往复式压缩机等。图中所示的压缩机16包括压缩机出口24和后冷却器26。压缩机出口24与压缩机16和后冷却器26之间有流体流通。压缩机16还包括机油冷却器28和机油通道30。机油通道30与压缩机16和机油冷却器28之间有流体流通。虽然所示压缩机16包括机油冷却器28和后冷却器26，在其它结构形式中，压缩机16可省略机油冷却器28和后冷却器26此二者或其中之一。

此外，虽然所示压缩机16为单级压缩机，在其它结构形式中，压缩机16可为多级压缩机，并可在各级之间包括中间冷却器。中间冷却器被配置用于冷却空气或压缩机16所压缩的工作流体。在此配置下，第一级压缩机的输出被引入至第二级压缩机的入口。这种配置可得到更大的增压，这在某些应用下是所必需的。

在继续之前，应该注意，文中所使用的术语“通道”和“管路”可解释为，但不限于：导管、通路、管子、阀、法兰、软管或类似等。因此，“通道”或“管路”本质上为任何可在两点间传导流体的结构元件。

如图1所示，驱动部件18与压缩机16相联结，为一体结构，其包括一个发动机如调速电动机。在其它结构中，驱动部件18可包括其它适合的驱动部件，如涡轮、内燃机、柴油机或类似等。

制冷系统14包括制冷压缩机32、冷凝器34、膨胀设备36、蒸发器38和回流管路40。如示意图1中所示，制冷压缩机32流体连通至冷凝器34。冷凝器34流体连通至膨胀设备36，同时膨胀设备36流体连通至蒸发器38。蒸发器38与后冷却器26下游端的压缩机出口24具有热交换关系，用于冷却空气或压缩机16所压缩的工作流体。蒸发器38包括蒸发器出口42，该出口流体连通至回流管路40。回流管路40将蒸发器出口42流体连通至制冷压缩机32，用于将制冷剂导回至制冷压缩机32，从而完成循环。虽然所示制冷系统18包括单个制冷压缩机32、冷凝器34、膨胀设备36、蒸发器38和回流管路40，在其它结构中，制冷系统18可包括多个制冷压缩机32、冷凝器34、膨胀设备36、蒸发器38和回流管路40，视需求而定。此外，如本领域现有的常规技术所实现一例，制冷系统还可包括不在图1中的其它组件。这些附加组件包括水箱、阀、传感器、分离器或类似组件等。同样的，该制冷系统不应限制于图1所示的组件。

如图1所示，制冷系统14确定了空气干燥系统44的一部分。该空气干燥系统44包括制冷压缩机32、冷凝器34、膨胀设备36，以及蒸发器38。应该了解的是，在其它结构中，空气干燥系统可不包括制冷系统14，而包括另一适合的空气干燥部件如去湿式空气干燥器。在此种结构下，制冷系统14可为一个分离的系统，与空气干燥器44相互独立。在另一个结构中，空气干燥系统44可采用与制冷系统14不同的单独的制冷系统。

继续参看图1，冷却道46与回流管路40间有流体流通，用于在制冷剂经过蒸发器38之后将部分冷却剂从制冷系统14引出。应该了解的是，冷却道46可与回流管路40在蒸发器38和制冷压缩机32之间的任意点相连接。在其它结构中，冷却道46与蒸发器38直接相连或连接至制冷系统14内的另一点处。在优选结构中，冷却道46可包括一个导管、管子或其它管道。

冷却道46可包括多个部分48与后冷却器26、机油冷却器28、驱动部件18、VFD20、控制系统22或压缩机系统中其它部件(如变速箱)中的一个或多个具有热交换关系。这些多个部分48中的每一个都包括一条流道，将部分制冷剂引导至待冷却部件处。在优选配置中，多个部分48中的每一个都包括一个热交换器，以使制冷剂流更有效地冷却待冷却部件。

图2中示意性地示出了在一个结构中，多个冷却道部分48中的一个包括一个热交换器50，其配置为使得冷却剂流冷却驱动部件18。在此种结构下，风扇51由驱动部件18或分离的风扇驱动部件所带动，使空气流经热交换器50。流经热交换器50的空气被冷却，然后经过驱动部件18，从而冷却驱动部件18。在一种结构中，分离的风扇驱动部件可为电动机，在此结构中，电动机可选择性地开关以控制流经热交换器50和驱动部件18的空气量。可使用温度开关或其它适合的设备，来在驱动部件18达到预定温度时，启动和停止该风扇驱动部件。例如，该温度开关可配置为当驱动部件18超过一个预定温度时，开启风扇驱动部件；同时当驱动部件18降至低于一个预定温度时，关闭风扇驱动部件。

热交换器50和风扇51仅为举例说明的冷却道部分48和驱动部件18之间热交换关系的一种可能配置。应该了解的是，多个冷却道部分48与后冷却器26、机油冷却器28、驱动部件18、VFD20、控制系统22之间任何适合的热交换关系均可利用。

在冷却道46或回流管路40内可配置阀或其它适合的控制设备，以提供在蒸发器出口42和冷却道46之间的选择性的流体流通。在其它结构中，阀可配置在多个冷却道部分48任意之一或每一个中，以提供在蒸发器出口42和冷却道部分48之间的选择性的流体流通。

图3示出了本发明的另一种结构，其中压缩机系统10’包括多个压缩机组件12’和一个制冷系统14’。尽管图中所示为三个压缩机组件12’，应该了解的是，视乎需求，两个压缩机组件或四个或更多个的压缩机组件都是可采用的。

图3中示意性地示出了每个压缩机组件12’中均包括一个压缩机16’。压缩机16’可为任意适合的压缩机形式，如旋转螺杆压缩机、离心式压缩机、往复式压缩机或以上各形式任意的组合等等。所示的每个压缩机16’均包括一个压缩机出口24’，该出口流体连通至公共出口集管54。在其它结构中，压缩机出口24’可不与公共出口集管54流体连通，从而出口24’与其相应的压缩机16’保持独立。

多个压缩机16’可每个各与一组或共同与一组驱动部件18’、后冷却器26’、机油冷却器28’、VFD20’以及控制系统22’相连接。在其它结构中，每个压缩机组件12’可省略一个或多个后冷却器26’、机油冷却器28’、VFD20’和/或控制系统22’。在这种结构中，一个控制系统、单一的机油冷却器，或单一的后冷却器可控制整个压缩机系统10’，冷却所有的系统机油，或冷却所有压缩机16’排放的所有的压缩空气(或其它流体)。

应该了解的是，图3中示出的压缩机系统10’的包括制冷系统14’的剩余部分，与图1所示压缩机系统10基本相同。因此，相似的部件使用了相似的附图标记。

图1和3所示的压缩机系统10、10’的操作在许多方式上也是相似的。因此，以下仅对图1所示压缩机系统10做出具体的描述。在操作中，驱动部件18驱动压缩机16，产生压缩流体——通常为空气。压缩流体流离开压缩机16然后流向压缩机出口24。

压缩机出口24将压缩流体流引导至后冷却器26，该冷却器被配置用于冷却压缩流体流。该压缩流体流离开后冷却器26后，流入蒸发器38，该蒸发器38确定了空气干燥系统44的一部分。蒸发器38被配置用于进一步冷却压缩流体流，以使得空气干燥系统44能够减少压缩流体流内包含的湿气。压缩流体流离开蒸发器38，流经空气干燥系统44的剩余部分，然后流向利用此压缩流体流的设备。

VFD20工作以改变所联结的驱动部件18的转动速度(亦即，每分钟的转数)。改变驱动部件18的转动速度可相应地改变压缩机16的转动速度。通过改变压缩机16的转动速度，可改变其所排放的压缩流体量。

控制系统22控制压缩机组件12的操作。例如，控制系统22可控制压缩机16的装载和卸载，也可控制压缩机16的开关循环。控制系统22还可调整压缩机组件12的各种操作参数，例如出口流体压力、机油温度、出口流体温度等等。此外，控制系统22控制VFD20，以控制压缩机16的转速和压缩机16所排放的压缩流体流。

压缩机16利用机油流来进行润滑和冷却压缩机16的部件，如螺杆转子和轴承。在压缩机16的操作过程中，机油流的温度可能会升高，因此需要对其进行冷却。在一种结构中，机油流从压缩机16流出，流经机油道30，然后流向机油冷却器28。机油冷却器28冷却机油流，然后机油道30将机油流引向压缩机16进行重用，以冷却及润滑压缩机部件。

制冷系统14可操作用于产生制冷剂流。该制冷剂流可包括任意适合的制冷剂，如氩或FROEN。制冷压缩机32被配置用于产生压缩制冷剂流，将其从制冷压缩机32引向冷凝器34。冷凝器34对制冷剂流进行除热，从而至少部分冷凝该制冷剂流。接下来，该制冷剂流进入膨胀设备36，在其中膨胀从而减压降温。该膨胀的制冷剂流离开膨胀设备36，然后流经蒸发器38，在其中制冷剂流与压缩流体流进行热交换，从而冷却压缩流体流。

制冷剂流从蒸发器出口42处离开蒸发器38，然后流向回流管路40。该制冷剂流的一部分可由回流管路40引导至冷却道46。在冷却道46中，制冷剂流的一部分可进一步地分出一部分流向多个冷却道部分48。多个冷却道部分48的其中之一可与驱动部件18具有热交换关系，并且冷却道部分48中的制冷剂流可操作以冷却驱动部件18。冷却道部分48的另一个部分可与后冷却器26具有热交换关系，因此用后冷却器26可操作制冷剂流来冷却压缩流体流。冷却道48的又一个部分可与机油冷却器28具有热交换关系，因此用机油冷却器28可操作制冷剂流来冷却机油流。冷却道部分48还可与VFD20和控制系统22具有热交换关系，从而冷却道部分48中的制冷剂流可操作用来冷却VFD20和控制系统22。在另外一种结构中，冷却道部分48的其中之一可与中间冷却器或多个中间冷却器具有热交换关系，该中间冷却器被配置用于在各压缩级之间冷却压缩流体流。

应该了解的是，尽管所述的压缩机组件12包括后冷却器26、机油冷却器28、驱动部件18、VFD20和控制系统22，其中驱动部件18、VFD20和控制系统22均与冷却道46的部分48具有热交换关系，但这并不意味着以上所有部件必须与冷却道46具有热交换关系。例如，在一种结构中，机油冷却器28可由空气冷却，从而冷却器28可不与冷却道46具有热交换关系。在另一种结构种，后冷却器26、机油冷却器28、VFD20和控制系统22均由空气冷却，仅驱动部件18与冷却道46具有热交换关系。因此，如本领域现有的常规技术所实现一例，这些组件的任何一个或组合可由此处所述的制冷系统14来冷却。

在制冷剂流的一部分与后冷却器26、机油冷却器28、驱动部件18、VFD20和/或控制系统22完成热交换关系后，此部分制冷剂流将被引导至回流管路40。回流管路40收集此部分制冷剂流，与未流经冷却道46的部分制冷剂流混合，将制冷剂流引导返回至制冷压缩机32。返回至制冷压缩机32的制冷剂流重复上述制冷过程以产生冷却的制冷剂流。

因此，除其它之外，本发明提供：压缩机系统10，其包括压缩机16、驱动部件18和制冷系统14。制冷系统14可操作作为空气冷却系统44的一部分来干燥从压缩机16流出的压缩流体，同时还可操作用于冷却其它部件如驱动部件18、可变频率驱动器20、控制系统22、后冷却器26，和/或机油冷却器28。

Claims (20)

1.一种压缩机系统，包括：

可操作用于产生含有一定量湿气的压缩流体流的流体压缩机；

空气干燥系统，所述空气干燥系统包括制冷系统，所述制冷系统包括蒸发器和与所述流体压缩机分离的制冷压缩机，该蒸发器通过其传递制冷剂流，且可操作用于冷却压缩流体流，以使得所述空气干燥系统减少所述压缩流体流内的湿气量；

联结在流体压缩机上的并可操作以驱动流体压缩机的驱动部件；以及

从蒸发器下游一点延伸至制冷压缩机上游一点的冷却道，该冷却道的至少一部分与驱动部件具有直接热交换关系。

2.如权利要求1所述的压缩机系统，其中驱动部件包括电动机。

3.如权利要求2所述的压缩机系统，其中驱动部件包括可变频率驱动器，并且其中冷却道中的至少一部分制冷剂流可操作用于冷却至少一个电动机和可变频率驱动器。

4.如权利要求1所述的压缩机系统，其中流体压缩机包括机油冷却器，并且其中冷却道中的至少一部分制冷剂流流经该机油冷却器，以冷却机油流。

5.如权利要求1所述的压缩机系统，其中流体压缩机包括控制系统，并且其中冷却道中的至少一部分制冷剂流可操作用于冷却该控制系统。

6.如权利要求1所述的压缩机系统，还包括位于冷却道内的热交换器，冷却道中的至少一部分制冷剂流流经该热交换器，用于冷却驱动部件。

7.一种操作流体压缩系统的方法，该方法包括：

将压缩机联结至驱动部件；

操作该驱动部件以引起该压缩机相应的操作，以产生含有一定量湿气的压缩流体流；

通过蒸发器将制冷剂流传递以冷却压缩流体流并减少所述压缩流体流内的湿气量；

将制冷剂流从蒸发器传递至回流管路；

将部分制冷剂流从回流管路引导至驱动部件以直接冷却驱动部件，所述部分制冷剂流少于所述制冷剂流的100％。

8.如权利要求7所述的方法，其中驱动部件包括电动机。

9.如权利要求7所述的方法，还包括将部分制冷剂流从回流管路引导至机油冷却器以冷却机油流。

10.如权利要求7所述的方法，还包括将部分制冷剂流从回流管路引导至可变频率驱动器以冷却该可变频率驱动器。

11.如权利要求7所述的方法，还包括将部分制冷剂流从回流管路引导至控制系统以冷却该控制系统。

12.如权利要求7所述的方法，还包括引导部分压缩流体从压缩机流经制冷系统以冷却压缩流体流。

13.一种流体压缩系统，包括：

多个可操作用于提供含有一定量湿气的压缩流体流的压缩机；

多个驱动部件，每个驱动部件与所述压缩机中的一个压缩机相联结，以驱动该压缩机；

空气干燥系统，所述空气干燥系统包括制冷系统，所述制冷系统包括可操作用于压缩和排出制冷剂流的制冷压缩机，该制冷剂流与压缩流体流具有热交换关系，从而该制冷剂流冷却该压缩流体流以减少所述压缩流体流内包含的湿气量；以及

冷却道，所述冷却道的位置安排使得其接收部分制冷剂流，所述部分制冷剂流少于所述制冷剂流的100％，该冷却道的至少一部分放置得与所述多个驱动部件中的至少一个驱动部件具有直接热交换关系，以冷却所述多个驱动部件中的所述至少一个驱动部件。

14.如权利要求13所述的流体压缩系统，其中多个驱动部件中的至少一个包括电动机。

15.如权利要求14所述的流体压缩系统，其中多个驱动部件中的至少一个包括可变频率驱动器。

16.如权利要求13所述的流体压缩系统，还包括控制系统，该控制系统可操作用于控制多个压缩机，并且与冷却道的至少一部分具有热交换关系，以冷却该控制系统。

17.如权利要求13所述的流体压缩系统，其中多个压缩机中的至少一个包括机油冷却器，该机油冷却器与冷却道的至少一部分具有热交换关系，以冷却机油流。

18.如权利要求13所述的流体压缩系统，还包括位于冷却道内的热交换器，以冷却至少一个驱动部件。

19.如权利要求13所述的流体压缩系统，其中制冷系统包括具有出口的蒸发器。

20.如权利要求19所述的流体压缩系统，还包括从出口延伸到制冷压缩机的回流管路，冷却道连接至该回流管路以接受部分制冷剂流。

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